VALIDACION DE UNA METODOLOGIA ANALITICA PARA LA DETERMINACION DE
FENOLES Y FOSFATOS EN AGUA CRUDA, TRATADA Y RESIDUAL POR EL METODO
DE ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION PARA EL LABORATORIO DE AGUAS Y
ALIMENTOS DE LA UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FRANCY JULIETH OSORIO VELEZ
DANIELA SANDINO VARGAS
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGIA
TECNOLOGIA QUIMICA
PEREIRA
2012
VALIDACION DE UNA METODOLOGIA ANALITICA PARA LA DETERMINACION DE
FENOLES Y FOSFATOS EN AGUA CRUDA, TRATADA Y RESIDUAL POR EL METODO
DE ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION PARA EL LABORATORIO DE AGUAS Y
ALIMENTOS DE LA UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FRANCY JULIETH OSORIO VELEZ
DANIELA SANDINO VARGAS
TRABAJO DE GRADO
Requisito parcial para optar al título de tecnólogo en química
DIRECTOR:
Ariel Felipe Arcila Zambrano
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGIA
TECNOLOGIA QUIMICA
PEREIRA
2012
NOTA DE ACEPTACION DE TRABAJO DE GRADO
VALIDACION DE UNA METODOLOGIA ANALITICA PARA LA DETERMINACION DE FENOLES Y FOSFATOS EN AGUA CRUDA, TRATADA Y RESIDUAL POR
EL METODO DE ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION PARA EL LABORATORIO DE AGUAS Y ALIMENTOS DE LA UNIVERSIDAD
TECNOLOGICA DE PEREIRA
Presentado por:
FRANCY JULIETH OSORIO VELEZ
DANIELA SANDINO VARGAS
Los suscritos director y jurado del presente trabajo de grado, una vez realizada la
versión escrita y presenciado la sustentación oral, decidimos otorgar:
La nota de:
Con la connotación de:
Para la constancia firmamos en la ciudad de Pereira hoy:
Director: Ariel Felipe Arcila Zambrano
Firma:
Jurado: Edwin Jhovanny Alzate Rodríguez
Firma:
DEDICATORIA
Para mi familia por su apoyo incondicional, en especial a mis padres Flor Alba y
Diego Enrique por brindarme todo su amor, cariño, comprensión y la oportunidad
de tener educación.
Francy.
Dedicado a mis padres, Alfonso y Yolanda, quienes con su esfuerzo, amor y
dedicación me han guiado en cada etapa de mi vida y han hecho de mí lo que soy
hoy en día.
Daniela.
AGRADECIMIENTOS
A nuestro director, Felipe Arcila, por su paciencia y dedicación.
Al laboratorio de Análisis de Aguas y Alimentos de la Universidad Tecnológica de
Pereira por permitirnos realizar la parte experimental de este trabajo. De igual
manera, al personal que allí labora por toda su colaboración.
A todos los profesores que nos guiaron y apoyaron durante nuestra formación
académica en la Universidad.
A nuestros amigos, que de una forma u otra, nos han apoyado durante la
realización de este proyecto.
i
CONTENIDO
pag.
Resumen 2
Justificación 3
1. OBJETIVOS 6
1.1 Objetivo general 6
1.2 Objetivos específicos 6
2. MARCO TEORICO 7
2.1 El agua 7
2.1.1 Importancia del agua 7
2.1.2 Contaminación del agua potable 7
2.2 Química ambiental y análisis químico ambiental 7
2.3 Compuestos 9
2.3.1 Fenoles 9
2.3.1.1 Su presencia en el agua 9
2.3.1.2 Efectos toxicológicos 9
2.3.1.3 Normatividad 10
2.3.1.4 Determinación por espectrometría por absorción molecular 10
2.3.2 Fosfatos 11
ii
2.3.2.1 Su presencia en el agua 11
2.3.2.2 Importancia de su determinación 12
2.3.2.3 Normatividad 12
2.3.2.4. Determinación por espectrometría por absorción molecular 12
2.4 Espectrometría por absorción molecular ultravioleta-visible 14
2.4.1 Introducción 14
2.4.2 Características importantes de los métodos 14
espectrofotométricos y fotométricos
2.4.3 Detalles de procedimiento 15
2.4.3.1 Selección de la longitud de onda 15
2.4.3.2 Variables que influyen en la absorbancia 16
2.4.3.3 Determinación de la relación entre la absorbancia 16
y la concentración
2.4.3.4 Método de las adiciones estándar 16
2.5 Validación 17
2.5.1 ¿Qué es la validación de un método? 17
2.5.2 ¿Por qué es necesaria la validación de un método? 17
2.5.3 ¿Cuándo deben validarse los métodos? 18
2.5.4 ¿Qué datos se obtienen mediante la validación? 19
2.5.4.1 Selectividad / Especificidad 19
iii
2.5.4.2 Límite de detección 19
2.5.4.3 Límite de cuantificación 20
2.5.4.4 Intervalo lineal 20
2.5.4.5 Exactitud 20
2.5.4.6 Precisión 21
2.5.4.7 Sensibilidad 21
2.5.4.8 Recuperación 21
3. METODOLOGIA 22
3.1 Fenoles 22
3.1.1 Materiales 22
3.1.1.1 Reactivos 22
3.1.1.2 Equipos 23
3.1.1.3 Material de vidrio 23
3.1.2 Protocolo 23
3.1.3 Preparación de soluciones 26
3.1.3.1 Soluciones de fenol 26
3.1.3.2 Soluciones para estandarización de la solución madre de fenol 27
3.1.3.3 Soluciones para tratamiento de las muestras 27
3.1.3.4 Estándares para la curva de agua tratada 28
3.1.3.5 Estándares para la curva de agua cruda y residual 28
iv
3.1.3.6 Muestras para la validación 29
3.1.3.6.1 Estándares 29
3.1.3.6.2 Agua residual 30
3.1.3.6.3 Agua cruda 30
3.1.3.6.4 Muestras adicionales 31
3.1.4 Procedimiento 32
3.1.4.1 Estandarización de la solución madre de fenol 32
3.1.4.2 Preservación de las muestras 34
3.1.4.3 Agua tratada 34
3.1.4.3.1 Tratamiento para los estándares y las muestras 34
3.1.4.4 Agua residual y cruda 34
3.1.4.4.1 Tratamiento para los estándares y las muestras 35
3.2 Fosfatos 36
3.2.1 Materiales 36
3.2.1.1 Reactivos 36
3.2.1.2 Equipos 36
3.2.1.3 Material de vidrio 37
3.2.2 Protocolo 37
3.2.3 Preparación de soluciones 39
3.2.3.1 Soluciones de fosfatos 39
v
3.2.3.2 Soluciones para tratamiento de las muestras 39
3.2.3.3 Estándares para la preparación de la curva para 39
agua tratada y cruda
3.2.3.4 Estándares para preparación de la curva para agua residual 40
3.2.3.5 Muestras para la validación de la curva de baja concentración 41
3.2.3.5.1 Estándares 41
3.2.3.5.2 Agua tratada 41
3.2.3.5.3 Agua cruda 42
3.2.3.6 Muestras para la validación de la curva de alta concentración 42
3.2.3.6.1 Estándares 42
3.2.3.6.2 Agua residual 43
3.2.4 Procedimiento 43
3.2.4.1 Preservación de las muestras 43
3.2.4.2 Tratamiento de las muestras 44
3.2.4.2.1 Filtración preliminar 44
3.2.4.2.2 Digestión ácida 44
3.2.4.2.3 Coloración 44
4. DATOS EXPERIMENTALES 45
4.1 Fenoles 45
vi
4.1.1 Concentración real de los estándares, las muestras fortificadas 45
y las muestras adicionadas
4.1.2 Destilación 48
4.2 Fosfatos 48
4.2.1 Digestión 48
5. RESULTADOS Y CALCULOS 52
5.1 Fenoles 52
5.1.1 Análisis preliminar 52
5.1.1.1 Estudio de cinética 52
5.1.1.2 Barrido espectral 54
5.1.2 Agua tratada 55
5.1.2.1 Curva de calibración 55
5.1.3 Agua cruda y residual 56
5.1.3.1 Curva de calibración 56
5.1.3.2 Validación de la curva 59
5.1.3.2.1 Límite de detección y cuantificación 59
5.1.3.2.2 Medición de las muestras fortificadas y los estándares 60
de comprobación
5.1.3.2.3 Medición de las muestras adicionales 61
5.1.3.2.4 Tratamiento estadístico de los datos 64
vii
5.2 Fosfatos 69
5.2.1 Análisis preliminar 69
5.2.1.1 Estudio de cinética 69
5.2.1.2 Barrido espectral 70
5.2.2 Agua tratada y cruda 71
5.2.2.1 Curva de calibración 71
5.2.2.2 Validación de la curva 73
5.2.2.2.1 Determinación límites de detección y cuantificación 73
5.2.2.2.2 Medición de las muestras fortificadas y los estándares 74
de comprobación
5.2.2.2.3 Dócima de Grubbs 76
5.2.2.2.4 Tratamiento estadístico de los datos 77
5.2.3 Agua residual 81
5.2.3.1 Curva de calibración 81
5.2.3.2 Validación de la curva 83
5.2.3.2.1 Determinación de los límites de cuantificación y detección 83
5.2.3.2.2 Medición de las muestras fortificadas y los estándares 84
de comprobación
5.2.3.2.3 Dócima de Grubbs 85
5.2.3.2.4 Análisis estadístico de los datos 86
viii
5.3 Resumen resultados 89
5.3.1 Fenoles 89
5.3.2 Fosfatos 91
6. DISCUSIÓN 95
6.1 Fenoles 95
6.2 Fosfatos 98
6.2.1 Curva de concentración baja 98
6.2.2 Curvas de concentración alta 99
7. CONCLUSIONES 101
8. RECOMENDACIONES 103
9. BIBLIOGRAFIA 104
ix
INDICE DE TABLAS
pag.
Tabla No. 1 Fragmento tabla de valores críticos para la 25
Dócima de Grubbs
Tabla No. 2 Volumen de solución estándar de fenol para la 28
preparación de la curva de calibración para determinar
fenoles en agua tratada
Tabla No. 3 Volumen de solución estándar de fenol para la 29
preparación de la curva de calibración para determinar fenoles en
agua cruda y residual
Tabla No. 4 Volumen de solución intermedia de fenol para la 30
preparación de los estándares de comprobación
Tabla No. 5 Volumen de solución intermedia de fenol para 30
preparación muestras de agua residual fortificadas
Tabla No. 6 Volumen de solución intermedia de fenol para 31
preparación muestras de agua cruda fortificadas
Tabla No. 7 Volumen de solución intermedia de fenol para 31
preparación del estándar adicional
Tabla No. 8 Volumen de solución intermedia de fenol para 32
x
preparación del estándar adicional
Tabla No. 9 Volumen de solución estándar de fosfatos para la 40
preparación de la curva de calibración para determinar fosfatos
en agua tratada y cruda
Tabla No. 10 Volumen de solución madre de fosfatos para la 40
preparación de la curva de calibración para determinar fosfatos
en agua residual
Tabla No. 11 Volumen de solución madre de fosfatos para la 41
preparación de estándares de comprobación para la curva
de agua tratada y cruda
Tabla No. 12 Volumen de solución madre de fosfatos para la 41
preparación de muestras de agua tratada adicionadas
Tabla No. 13 Volúmenes solución madre de fosfatos para 42
preparación muestras de agua cruda adicionadas
Tabla No. 14 Volumen de solución madre de fosfatos para la 42
preparación de estándares de comprobación de la curva de agua residual
Tabla No. 15 Volúmenes solución madre de fosfatos para 43
preparación muestras de agua residual fortificadas
Tabla No. 16 Estandarización solución madre de fenol 45
Tabla No. 17 Concentración real de fortificación a las muestras 46
xi
Tabla No. 18 Concentración real de fortificación a las muestras adicionales 47
Tabla No. 19 Datos comparativos en curvas de baja concentración 49
con digestión y sin digestión
Tabla No. 20 Datos comparativos en curvas de alta concentración 50
con digestión y sin digestión
Tabla No. 21 Estudio de cinética simple, λ = 500nm (Junio 24/2011) 52
Tabla No. 22 Datos correspondientes a la curvas de calibración 56
para la determinación de fenoles en agua tratada
Tabla No. 23 Datos obtenidos de las curvas de calibración 56
para agua tratada
Tabla No. 24 Datos correspondientes a la curva de calibración 57
para la determinación de fenoles en agua cruda y residual
Tabla No. 25 Datos obtenidos de la curva de calibración para agua 58
cruda y residual
Tabla No. 26 Determinación de los límites de detección y cuantificación 59
Tabla No. 27 Ensayos 1-6 para la determinación de las 60
concentraciones de ÜE1.b, ÜE1.m y ÜE1.a.
Tabla No. 28 Ensayos 1-6 para la determinación de las 61
concentraciones de ŰM2A.b, ŰM2A.m y ŰM2A.a.
Tabla No. 29 Ensayos 1-6 para la determinación de la 61
xii
concentración de ŰM3A.m
Tabla No. 30 Ensayos 1-3 para la determinación de las 62
concentraciones de ŰEb,ad
Tabla No. 31 Ensayos 1-6 para la determinación de las 62
concentraciones de ŰM1A.m, ad
Tabla No. 32 Resultados dócima de grubbs para datos fenoles 63
Tabla No. 33 Análisis estadístico de los datos de las tablas No. 26 a 29. 64
Tabla No. 34 Porcentajes de error en las determinaciones de las 65
concentraciones de ÜE1.b, ÜE1.m y ÜE1.a. Ensayos 1-6.
Tabla No. 35. Porcentajes de recuperación para las muestras 66
ŰM2A.b, ŰM2A.m y ŰM2A.a. Ensayos 1-6.
Tabla No. 36. Porcentajes de recuperación para la muestra 66
ŰM3A.m Ensayos 1-6.
Tabla No. 37 Análisis estadístico de las tablas No. 30-31. 67
Tabla No. 38 Porcentajes de error en la determinación de la 68
concentración de UEb,ad
Tabla No. 39 Porcentajes de recuperación para la muestra ŰM1A.b, ad 68
Tabla No. 40 Estudio de cinética simple, λ = 690 nm (Enero 18/2012) 69
Tabla No. 41 Datos correspondientes a la curva de calibración 72
para la determinación de fosfatos en agua tratada y cruda
xiii
Tabla No. 42 Datos obtenidos de la figura No. 8 73
Tabla No. 43 Determinación límites de detección y cuantificación 73
Tabla No. 44 Ensayos 1-7 para la determinación de las concentraciones 75
de ÜE2.b y ÜE2.a.
Tabla No. 45 Ensayo 1-7 para la determinación de las 75
concentraciones de ŰM4A.b y ŰM4A.a
Tabla No. 46 Ensayos 1-6 para la determinación de la 76
concentración de ŰM5A.m
Tabla No. 47 Dócima de Grubbs para datos de agua tratada y cruda 77
Tabla No. 48 Análisis estadístico de las tablas 43-46 78
Tabla No. 49 Porcentajes de error en la determinación de las 79
concentraciones de ŰE2.b Y ŰE2.a.
Tabla No. 50 Porcentajes de recuperación en las muestras de agua tratada 80
Tabla No. 51 Porcentajes de recuperación en la muestra de agua cruda 81
Tabla No. 52 Datos correspondientes a la curva de calibración 82
para determinar fosfatos en agua residual
Tabla No. 53 Datos obtenidos de la figura No. 9 83
Tabla No. 54 Limites de detección y cuantificación 83
Tabla No. 55 Ensayos 1-6 para la determinación de las 84
xiv
concentraciones de ŰE3.m
Tabla No. 56 Ensayos 1-6 para la determinación de las 85
concentraciones de ŰM6A.b y ŰM6A.a
Tabla No. 57 Dócima de Grubbs para datos de agua residual 86
Tabla No. 58 Análisis estadístico de los datos de las tablas No. 54-56 86
Tabla No. 59 Porcentajes de error en la determinación de la 87
concentración de ŰE3.m
Tabla No. 60 Porcentajes de recuperación en las 88
muestras de agua residual ŰM5A.b y ŰM5A.a
Tabla No. 61 Datos resumen de la gráfica para determinación 89
de fenoles, Fotométrico directo (Figura No. 5)
Tabla No. 62 Precisión del método de la 4-AAP (Fotométrico directo) 89
Tabla No. 63 Exactitud del método de la 4-AAP (Fotométrico directo) 90
Tabla No. 64 Selectividad del método de la 4-AAP (Fotométrico directo) 90
Tabla No. 65 Datos resumen de la gráfica para determinación de 91
fosfatos en agua tratada y cruda (Figura No. 8)
Tabla No. 66 Precisión del método del cloruro estañoso 91
(para agua tratada y cruda)
Tabla No. 67 Exactitud del método del cloruro estañoso 92
(para agua tratada y cruda)
Tabla No. 68 Selectividad del método del cloruro estañoso 92
xv
(para agua tratada y cruda)
Tabla No. 69 Datos sobre la gráfica para determinación de 93
fosfatos en agua residual (Figura No. 8).
Tabla No. 70 Precisión del método del cloruro estañoso (para agua residual) 93
Tabla No. 71 Exactitud del método del cloruro estañoso (para agua residual) 94
Tabla No. 72 Selectividad del método del cloruro estañoso 94
(para agua residual)
xvi
INDICE DE FIGURAS
pág.
Figura No. 1 Comparación entre las curvas con y sin digestión 49
para la determinación de fosfatos en cruda y tratada
Figura No. 2 Comparación entre las curvas con y sin digestión 50
para la determinación de fosfatos en agua residual
Figura No. 3 Estudio de cinética simple a una solución de fenol 54
de 0,5 mg fenol/L (Junio 24/2011)
Figura No. 4 Espectro de absorción de una solución de fenol 0,5 mg/L 55
Figura No. 5 Curva de calibración para la determinación de fenoles 58
en agua cruda y residual
Figura No. 6 Estudio de cinética simple a una muestra de fósforo 5 mg/L 70
Figura No. 7 Barrido espectral a una solución de fósforo de 2 mg/L 71
Figura No. 8 Curva de calibración para la determinación de fósforo 72
en agua tratada y cruda
Figura No. 9 Curva de calibración para la determinación de 82
fósforo en agua residual
2
RESUMEN
El laboratorio de Aguas y Alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira se
encuentra acreditado por el organismo nacional de acreditación, ONAC, bajo la
norma /ISO/IEC 17025:2005 "Requisitos Generales Para la Competencia de
Laboratorios de Ensayo y de Calibración". Esta acreditación cubre los parámetros
de pH, alcalinidad total, dureza total, aluminio, nitratos, nitritos, fluoruros,
turbiedad, hierro, total aire y conductividad; y se encuentran en espera los
parámetros de níquel, cobre, zinc, manganeso, calcio, magnesio, sulfatos y
cloruros.
En aras de mantener y aumentar los estándares de calidad, el laboratorio decide
ampliar el alcance de la acreditación, incluyendo los parámetros de fenoles y
fosfatos.
Motivo por el cual se realiza la validación de las técnicas analíticas de la 4-
aminoantipirina (4-AAP) para compuestos fenólicos y el método del cloruro
estañoso para fosfatos teniendo en cuenta los parámetros de límites de detección
y cuantificación, precisión, exactitud, linealidad, y porcentaje de recuperación.
Para los compuestos fenólicos, se determinó que el método de la 4-AAP no es
adecuado para la cuantificación de los mismos, puesto que varios parámetros
incluidos en la validación no presentaron valores adecuados. Mientras que para
los fosfatos, si se obtuvieron resultados satisfactorios, el método resultó ser
exacto, preciso y selectivo, y con buenos límites de detección y cuantificación en
el rango seleccionado.
3
JUSTIFICACION
Mediante diversas actividades económicas, el hombre genera una gran cantidad
de residuos, muchos de ellos arrojados a las aguas sin ningún tratamiento previo
para disminuir sus efectos nocivos.
Fenoles, pesticidas, fertilizantes, detergentes, y otros productos químicos se
desechan directamente al ambiente sin ser tratados previamente.
Entre los contaminantes, los más preocupantes, desde un punto de vista
ambiental, son los llamados materiales no biodegradables o persistentes porque
en el caso de no recibir un tratamiento específico para su destrucción, pueden
tener varios efectos adversos en el medio ambiente; generando desde el deterioro
o desaparición de determinado ecosistema hasta cambios en la salud de los
individuos que viven allí. [1]
El fenol y sus derivados se utilizan en una gran variedad de industrias, para la
fabricación de resinas sintéticas, colorantes, medicamentos (como antisépticos y
anestésicos locales), plaguicidas, explosivos, nylon, plastificantes, biocidas,
aditivos del aceite, etc. [2] y [3]
El fenol es tóxico para los seres vivos. En los humanos y otros mamíferos los
vapores y los líquidos pueden ingresar fácilmente al cuerpo por vía cutánea. Los
vapores inhalados ocasionan lesiones en las vías respiratorias y en el pulmón,
mientras el contacto con los líquidos produce severas quemaduras en la piel y en
los ojos. Además, una exposición prolongada paraliza el sistema nervioso central,
pudiendo provocar la muerte. En las plantas inhibe la permeabilidad pasiva y el
crecimiento.
4
La biodegradación de los fenoles naturales, como la vitamina A, el eugenol y la
vainillina, entre otros, es en general muy buena, de modo que es mínima la
acumulación en las plantas o animales, ya que, la acción bacteriana provoca la
descomposición del mismo en dióxido de carbono. Sin embargo, los fenoles
sintéticos se degradan con menos facilidad, puesto que muchos de ellos son
tóxicos para los microorganismos.
Las aguas naturales contienen pequeñas concentraciones de fenol, tales como las
sustancias húmicas, las cuales son formadas por reacciones químicas y
bioquímicas durante la descomposición y transformación de restos de plantas y
microorganismos [4], pero estas cantidades pueden verse incrementadas por la
contaminación con aguas residuales industriales y domésticas, así como por la
degradación de pesticidas, fungicidas o herbicidas. El fenol, en las aguas cloradas
contribuye a la formación de clorofenoles que le proporcionan al agua un sabor y
olor extremadamente desagradable incluso para concentraciones bajas, además
de transmitir cierta toxicidad, que puede ser aguda para la vida acuática y los
mamíferos dependiendo a la concentración en que se encuentren. [5]
A largo plazo los fenoles causan dermatitis por contacto, generando irritación por
efecto fototóxico. [6]
Así como los fenoles, los fosfatos también poseen un efecto negativo en las aguas
el cual dependerá de su concentración; los fosfatos son peligrosos tanto para la
vida animal como la vida humana, se hace necesario realizar un estudio para la
determinación de concentraciones de estos en el agua. Para hablar de estos es
necesario conocer algo del ciclo del fosforo; este ciclo es único, puesto que no
tiene prácticamente influencia atmosférica. La movilidad del fósforo es limitada
comparada a la de otros elementos y está restringida a la fase sólida y líquida.
Debido a su baja solubilidad, el ciclo global del fósforo está controlado por el flujo
5
desde el continente a los océanos, donde se incorpora al medio a medida que va
llegando. El impacto humano sobre este ciclo ha sido dramático en las últimas
décadas. La actividad humana ha duplicado el flujo de fósforo hacia los océanos
debido principalmente al aumento de fosfato inorgánico disuelto y adsorbido en
partículas coloidales. Aunque el fósforo es el undécimo elemento más abundante
en la litosfera, es, al mismo tiempo, un recurso limitado. De acuerdo con el
crecimiento poblacional y en las demandas nutricionales, la mitad de las fuentes
actuales conocidas de fósforo serán consumidas en los próximos 60 ó 70 años.
Una de las principales utilidades del fósforo reside en que es uno de los
componentes utilizados para la fabricación de fertilizantes y abonos.
El fósforo es un elemento limitante y esencial en el ciclo biológico ya que es
empleado por las células vivientes para la obtención de energía, en forma de ATP
y ADP. Sin embargo, a altas concentraciones puede producir problemas
ambientales como la eutrofización de los medios naturales. Una de las
consecuencias más destacables del uso inadecuado de los fertilizantes es el
aumento de fosfatos disueltos en el agua, lo que promueve el crecimiento
desmesurado de algas que pueden llegar a agotar el oxígeno y, por tanto, a poner
en peligro la biodiversidad del medio acuático. [7]
Se hace importante la determinación de estas sustancias mediante metodologías
de análisis eficaces para continuar con el cumplimiento de los estándares
establecidos con la norma NTC-ISO-IEC 17025, norma bajo la cual se encuentra
acreditado el laboratorio de aguas y alimentos de la Universidad Tecnológica de
Pereira.
Esto se hará mediante la validación de las técnicas establecidas por el Standard
Methods [8], SM 5530-B (4-aminoantipirina) y SM 4500-P (Cloruro estañoso) para
la determinación de fenoles y fosfatos, respectivamente.
6
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Validar las metodologías analíticas para la determinación del contenido de
fenoles y fosfatos en agua cruda, tratada y residual, empleando fotometría
de absorción, para el laboratorio de análisis de Aguas y Alimentos de la
Universidad Tecnológica de Pereira.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Realizar una revisión bibliográfica acerca del método a utilizar y los
contenidos de fenoles y fosfatos en agua.
Validar las técnicas analíticas para determinación de fenoles y fosfatos
según las metodologías establecidas por el Standard Methods, SM 5530-B
y SM 4500-P [8], además obtener en forma experimental y para las
condiciones del laboratorio los valores de los parámetros: límites de
detección y cuantificación, precisión, exactitud, linealidad y porcentaje de
recuperación.
Elaborar el protocolo para el uso del Laboratorio de Análisis de Aguas y
Alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira.
Obtener por medio de la parte experimental, el documento final.
7
2. MARCO TEORICO
2.1 El agua
2.1.1 Importancia del agua
El agua es el recurso natural más importante del mundo, ya que es un elemento
vital para el hombre, el suelo, las plantas y los animales. Representa la vida de
ciudades y campos.
Sin agua no hay vida, por consiguiente el hombre debe aprender a conservarla y
manejarla. El agua está presente en todas las partes, ya sea en grandes,
pequeñas o íntimas cantidades. [9]
2.1.2 Contaminación del agua potable
A lo largo de la historia, la calidad del agua potable ha sido un factor determinante
del bienestar humano.
Generalmente, la mayor preocupación sobre la seguridad del agua es ahora la
presencia potencial de contaminantes químicos. Estos pueden incluir productos
químicos orgánicos e inorgánicos y metales pesados, procedentes de fuentes
industriales, agrícolas y de la escorrentía urbana. [10]
2.2 Química ambiental y análisis químico ambiental
La química ambiental se define como el estudio de las fuentes, las reacciones, el
transporte, los efectos y los destinos de las especies químicas en el agua, el
suelo, el aire, y en los ambientes vivos, así como los consiguientes efectos de la
8
tecnología sobre ellos.[11]
Para llevar a cabo su cometido, es necesario que los científicos ambientales
conozcan la naturaleza y las cantidades de los contaminantes y de otras especies
químicas en el agua, el aire, el suelo y los sistemas biológicos. Por consiguiente,
las técnicas modernas de análisis químico, empleadas adecuadamente, son
esenciales para la química ambiental. Estamos en un periodo muy excitante en la
evolución de la química analítica, caracterizado por el desarrollo de nuevas y
mejores técnicas de análisis que permiten la detección de niveles mucho más
bajos de especies químicas y un incremento notable del número de datos a
obtener. No obstante, estos desarrollos plantean algunos desafíos. Debido a los
bajos limites de detección alcanzados por algunos instrumentos, es ahora posible
detectar cantidades de contaminantes que hubieran escapado anteriormente a la
detección. Esta sensibilidad analítica extrema causa dificultades con respecto al
establecimiento de los límites máximos aceptables de varios contaminantes. La
producción incrementada de datos propiciados por los instrumentos automatizados
ha abrumado en muchos casos la capacidad humana para asimilarlos y
entenderlos.
Todavía quedan retos en el desarrollo y la utilización de las técnicas de análisis
químico ambiental. No es el menor de estos problemas conocer que especies
deben medirse, o incluso, si un análisis debe o no realizarse. La calidad y la
selección de los análisis son mucho más importantes que el número de análisis
realizados. [12]
9
2.3 Compuestos
2.3.1 Fenoles
2.3.1.1 Su presencia en el agua
Los compuestos fenólicos son contaminantes orgánicos, los cuales se encuentran
frecuentemente en aguas naturales y residuales. Estos pueden tener origen
industrial de diferentes actividades como la producción de plásticos sintéticos,
pinturas, medicamentos, polímeros, pesticidas, detergentes, desodorantes, papel y
celulosa. Estos compuestos aparecen en una lista de sustancias peligrosas de la
Agencia de Protección Ambiental (EPA por sus siglas en Inglés) debido a su
toxicidad, bioacumulación, persistencia en el ambiente y propiedades
carcinogénicas. Los fenoles afectan el sabor y olor en el agua potable y el
pescado. Numerosos compuestos fenólicos muestran efectos tóxicos en animales
y plantas ya que penetran fácilmente la piel y la membrana celular. [13]
2.3.1.2 Efectos toxicológicos
El fenol es un veneno protoplasmático que daña a todos los tipos de células. Los
efectos toxicológicos agudos del fenol son, en gran medida, sobre el sistema
nervioso central y puede ocurrir la muerte tan pronto como media hora después de
la exposición. El envenenamiento agudo por fenol puede causar severas
perturbaciones intestinales, mal funcionamiento del riñón, fallos en el sistema
circulatorio, edema pulmonar y convulsiones. Pueden absorberse dosis fatales de
fenol a través de la piel. Los órganos importantes dañados por la exposición
crónica al fenol incluyen el bazo, páncreas y riñones. Los efectos tóxicos de los
otros fenoles se parecen a los del fenol. [14]
10
2.3.1.3 Normatividad
La concentración de compuestos fenólicos, expresada como fenol, no debe
superar los 0,002 mg/L en agua potable. [15]
2.3.1.4 Determinación por espectrometría por absorción molecular
Los fenoles por su reactividad química pueden tener una gran variedad de
reacciones de interés para su análisis por espectrofotometría.
En general, mediante la espectrofotometría se determina la cantidad total de
compuestos fenólicos presentes en la muestra, pero sin hacer distinción entre los
diferentes tipos de fenoles.
Las reacciones más corrientes son las de copulación que generan colorantes
azoicos intensamente coloreados y que son fácilmente analizables en el espectro
visible. El desarrollo del color, la sensibilidad, la reactividad y la longitud de onda
del máximo de absorción, dependen de factores tales como el pH, temperatura,
disolvente, reactivo diazotado empleado, naturaleza y posición de los
sustituyentes en el anillo aromático.
Los cinco métodos espectrofotométricos para la determinación de bajas
concentraciones de fenoles en aguas residuales y potables son: Gibbs.
Nitrosofenol, 4-aminoantipirina (4-AAP), ultravioleta e infrarrojo. El método de la 4-
AAP es el más rápido, preciso y exacto. [16]
El método colorimétrico de la 4-AAP está basado en la destilación de los fenoles y
la subsecuente reacción de estos con 4-aminoantipirina a un pH de 7,9 ± 0.1 en
presencia de ferrocianuro de potasio, formando compuestos de un color amarillo
intenso a rojo, midiendo su absorbancia a una longitud de onda de 500 nm. [17]
11
Se utiliza para determinar fenol, fenoles orto- y meta- sustituidos, y bajo
adecuadas condiciones de pH, fenoles para- sustituidos en los cuales la
sustitución es un grupo carboxil, metoxil, un halógeno o un ácido sulfónico. El
método de la 4-aminoantipirina no determina aquellos fenoles para sustituidos
cuando la sustitución es un grupo alquil, aril, nitro, benzoil, nitroso o aldehído.
2.3.2 Fosfatos
2.3.2.1 Su presencia en el agua
El fósforo se encuentra en aguas naturales y residuales de forma casi exclusiva
como fosfatos. Estos se clasifican en ortofosfatos, fosfatos condensados (piro-,
meta-, y otros polifosfatos), y fosfatos enlazados orgánicamente. Se presentan en
solución, en partículas o detritos, o en los cuerpos de organismos acuáticos.
Estas formas de fosfatos surgen de una variedad de fuentes. Pequeñas
cantidades de ciertos fosfatos condensados se adicionan durante el tratamiento
del agua. Cantidades mayores de los mismos compuestos pueden ser adicionadas
cuando el agua se utiliza para procesos de lavado o limpieza, ya que estos
materiales son los principales componentes de muchas preparaciones de limpieza
comerciales. Los fosfatos se usan de forma amplia en el tratamiento de aguas de
caldera.
Los ortofosfatos están relacionados con tierras cultivadas agrícolas o residenciales
ya que los fertilizantes son arrastrados a la superficie del agua mediante la
escorrentía. Los fosfatos orgánicos se forman ante todo por procesos biológicos.
Estos llegan a las aguas residuales debido a desechos del cuerpo humano y a
residuos alimentarios, así mismo pueden ser formados durante el proceso de
tratamiento biológico o por la recepción de la biota del agua.
El fósforo es esencial para el crecimiento de organismo y puede ser el nutriente
12
que limite la productividad primaria de un cuerpo de agua. En los casos donde el
fosfato es un nutriente limitante del crecimiento, la descarga de aguas residuales
tratadas o sin tratar, de drenaje agrícola o de algunos desechos industriales hacia
el agua puede estimular el crecimiento de micro y macro organismos acuáticos
fotosintéticos en cantidades molestas.
Los fosfatos también se presentan en sedimentos y en lodos biológicos, en ambos
como formas inorgánicas precipitadas e incorporadas a compuestos orgánicos.
[18]
2.3.2.2 Importancia de su determinación
El fosfato es un parámetro importante en la rutina de análisis de agua, siendo a la
vez un micronutriente esencial y un posible contaminante, cuando su
concentración es demasiado alta. La cuantificación de fosfatos en los diferentes
cuerpos de agua es importante ya que el aumento de la concentración de fosfato
en las aguas superficiales suele estar vinculado a fuentes difusas (como los
escurrimientos agrícolas). [19]
2.3.2.3 Normatividad
La concentración de fosfatos en agua destinada para consumo humano no debe
superar los 0,5 mg/L. [20]
2.3.2.4 Determinación por espectrometría por absorción molecular
Se utilizan tres métodos para la determinación de estos compuestos. La selección
depende en gran parte del rango de concentración del compuesto.
El método del ácido vanadomolibdofosfórico es el más útil para análisis en un
13
rango de 1 a 20 mgP/L. Este método consiste en que en una solución diluida de
ortofosfatos, el molibdato de amonio reacciona bajo condiciones ácidas para forma
un heteropoliácido, el ácido molibdofosfórico.
Los métodos del cloruro estañoso y del ácido ascórbico son los más aconsejables
para un rango entre 0,01 mgP/L – 6 mgP/L.
El método del ácido ascórbico se basa en la reacción entre el molibdato de amonio
y el tartrato de antimonio y potasio en medio ácido con los ortofosfatos para formar
un heteropoliácido, el ácido fosfomolíbdico, el cual es reducido por el ácido
ascórbico a un azul de molibdeno intensamente coloreado. [21]
Para este trabajo se trabajará con el método del cloruro estañoso, el cual se basa
en la reacción del fósforo contenido en la muestra como ortofosfato con el ácido
molíbdico para formar el ácido 12-molibdofosfórico según la reacción:
H3PO4 + 12 (NH4)2MoO4 + 21H+ ↔ (NH4)3PO4•12MoO3 + 21 NH4+ + 12 H20
El ácido 12-molibdofosfórico es reducido por el cloruro de estaño a azul de
molibdeno, compuesto de composición desconocida que contiene una mezcla de
Mo (VI) y Mo (V), que absorbe a 690 nm. La intensidad del color azul formado
depende de la concentración de fosfatos adicionados al heteropoliácido.
14
2.4 Espectrometría por absorción molecular ultravioleta-visible
2.4.1 Introducción
La espectroscopía por absorción molecular se basa en la medición de la
transmitancia T o de la absorbancia A de soluciones que están en celdas
transparentes que tienen una longitud de trayectoria de b cm. Normalmente, la
concentración de un analito absorbente se relaciona en forma lineal con la
absorbancia según la Ley de Beer:
A = - logT = log
= Ebc [22]
2.4.2 Características importantes de los métodos espectrofotométricos y
fotométricos
Aplicabilidad. Gran cantidad de especies inorgánicas, orgánicas y
bioquímicas absorben radiación ultravioleta-visible y, por consiguiente,
se prestan así para determinación cuantitativa directa. Muchas especies
no absorbentes también se pueden determinar después de su
conversión química en derivados absorbentes. Se calcula que más del
90% de los análisis en laboratorios clínicos se basan en la
espectroscopia de absorción ultravioleta-visible.
Alta sensibilidad. Los límites de detección habituales para la
espectroscopía de absorción varían en el intervalo entre 10-4 y 10-5 M.
con ciertas modificaciones del procedimiento, este intervalo se puede
ampliar a 10-6 o inclusive 10-7 M.
Selectividad moderada a alta. Con frecuencia, se puede identificar una
longitud de onda en la que sólo absorbe el analito, lo que hace
innecesarias las separaciones preliminares. Así, cuando hay bandas de
15
absorción sobrepuestas, las correcciones basadas en medidas
adicionales a otras longitudes de onda eliminan en ocasiones la
necesidad de un paso de separación previa.
Buena exactitud. Los errores relativos de concentración, encontrados en
un procedimiento espectrofotométrico o fotométrico utilizando radiación
ultravioleta-visible, se ubican entre el 1 y el 5%. Si se toman
precauciones especiales, esta clase de errores se puede reducir a unas
decimas de porcentaje.
Facilidad y comodidad. Las medidas espectrofotométricas y fotométricas
se llevan a cabo de manera fácil y rápida con los instrumentos
modernos. Además, los métodos se prestan mucho a la automatización.
2.4.3 Detalles de procedimiento
Un primer paso en cualquier análisis fotométrico o espectrofotométrico es el
desarrollo de condiciones que permitan una relación reproducible (preferiblemente
lineal) entre la absorbancia y la concentración del analito.
2.4.3.1 Selección de la longitud de onda
Para obtener máxima sensibilidad, las medidas de absorbancia
espectrofotométrica se realizan a una longitud de onda que corresponda a un
máximo de absorción, ya que el cambio en la absorbancia por unidad de
concentración es mayor en este punto. Además, la curva de absorción suele ser
horizontal en un máximo, lo que origina un buen cumplimiento de la ley de Beer y
una menor incertidumbre en el ajuste de la longitud de onda del instrumento.
16
2.4.3.2 Variables que influyen en la absorbancia
Las variables comunes que afectan al espectro de absorción de una sustancia son
la naturaleza del disolvente, el pH de la disolución, la temperatura, las
concentraciones altas del electrolito y la presencia de sustancias interferentes. Es
necesario conocer los efectos de estas variables y elegir las condiciones para el
análisis, de modo que la absorbancia no se vea afectada de modo sensible por
variaciones pequeñas e incontroladas en su magnitud.
2.4.3.3 Determinación de la relación entre la absorbancia y la
concentración
Los estándares o patrones de calibración para un análisis fotométrico o
espectrofotométrico se deben aproximar tanto como sea posible a la composición
final de las muestras reales y deben abarcar un intervalo razonable de
concentraciones del analito. Pocas veces es posible suponer el cumplimiento de la
ley de Beer y utilizar un único patrón para determinar la absortividad molar. Casi
nunca es buena la idea de basar los resultados de un análisis únicamente en un
valor obtenido de alguna publicación para la absortividad molar.
2.4.3.4 Método de las adiciones estándar
En teoría, los patrones de calibración deben aproximarse a la composición de las
muestras que se analizan, no solo con respecto a la concentración del analito, sino
también en relación con las concentraciones de las otras especies en la matriz de
la muestra, a fin de minimizar los efectos de los diversos componentes de la
muestras en la absorbancia medida. Por ejemplo, la absorbancia de muchos
complejos coloreados de iones metálicos disminuye en cierto grado en presencia
de iones sulfato y fosfato como consecuencia de la tendencia de estos aniones a
17
formar complejos incoloros con iones metálicos. Así pues, la reacción de
formación de color es menos completa, y el resultado son menores absorbancias.
El efecto matriz del sulfato y el fosfato se contrarresta al introducir en los
estándares cantidades de las dos especies que se aproximen a las presentes en
las muestras. [23]
2.5 Validación
2.5.1 ¿Qué es la validación de un método?
La validación es la confirmación mediante examen y suministro de evidencia
objetiva de que se cumplen los requisitos particulares para un uso especifico
previsto. Ésta se puede interpretar para la validación de un método como el
proceso de definir una necesidad analítica y confirmar que el método en cuestión
tiene capacidades de desempeño consistentes con las que requiere la aplicación.
Está implícita la necesidad de evaluar las capacidades de desempeño del método.
En el proceso de validación del método está implícito que los estudios para
determinar los parámetros de desempeño se realizan usando equipos dentro de
especificaciones, que están trabajando correctamente y que están calibrados
adecuadamente. Asimismo, el operador que realiza los estudios debe ser
técnicamente competente en el campo de trabajo bajo estudio y debe poseer
suficiente conocimiento sobre el trabajo a realizar con el fin de que sea capaz de
tomar decisiones apropiadas a partir de las observaciones hechas mientras
avanza el estudio.
2.5.2 ¿Por qué es necesaria la validación de un método?
Millones de mediciones analíticas se realizan diariamente en miles de laboratorios
alrededor del mundo. Hay innumerables razones para realizar esas mediciones,
por ejemplo: como una forma de evaluar bienes para propósitos de comercio;
18
como apoyo a la salud; para verificar la calidad del agua para consumo humano; el
análisis de la composición elemental de una aleación para confirmar su
conveniencia en la construcción de aeronaves; en análisis forenses de fluidos
corporales en investigaciones criminales. Virtualmente, cada aspecto de la
sociedad está apoyado de algún modo por mediciones analíticas.
El costo de realizar estas mediciones es elevado y surgen costos adicionales de
las decisiones tomadas en base a los resultados. Por ejemplo, las pruebas que
muestran que algún alimento no es adecuado para su consumo pueden resultar
en demandas por compensación; pruebas que confirmen la presencia de drogas
prohibidas podrían ocasionar multas, encarcelamiento o más aún, la ejecución en
algunos países. Claramente es importante determinar el resultado correcto y ser
capaz de demostrar que lo es.
2.5.3 ¿Cuándo deben validarse los métodos?
Un método debe validarse cuando sea necesario verificar que sus parámetros de
desempeño son adecuados para el uso en un problema analítico específico. Por
ejemplo:
• Un nuevo método desarrollado para un problema específico;
• Un método ya establecido revisado para incorporar mejoras o extenderlo a
un nuevo problema;
• Cuando el control de calidad indica que un método ya establecido está
cambiando con el tiempo;
• Un método establecido usado en un laboratorio diferente o con diferentes
analistas o con diferente instrumentación;
• Para demostrar la equivalencia entre dos métodos, por ejemplo, entre un
método nuevo y uno de referencia.
19
El alcance de la validación o la revalidación requerida dependerá de la naturaleza
de los cambios hechos al aplicar un método a diferentes laboratorios,
instrumentación, operadores y circunstancias en las cuales el método va a ser
utilizado. Siempre es apropiado algún grado de validación, aún cuando se usan
métodos aparentemente bien caracterizados ya sean de referencia o publicados.
[24]
2.5.4 ¿Qué datos se obtienen mediante la validación?
2.5.4.1 Selectividad / Especificidad
La interferencia de otros compuestos en la medición del analito, dependerá de la
efectividad de la etapa de separación y de la selectividad/especificidad de la etapa
de medición. La selectividad y la especificidad son medidas que garantizan la
confiabilidad de las mediciones en presencia de interferencias.
2.5.4.2 Límite de detección
Cuando se realizan mediciones a niveles bajos del analito o de la propiedad
relacionada, como en el análisis de trazas, es importante saber cuál es la
concentración más baja del analito o el valor de su propiedad relacionada, que
puede detectarse confiablemente por el método. La importancia de determinar
esto y los problemas implícitos, surgen del hecho que la probabilidad de detección
no cambia repentinamente de cero a la unidad cuando se cruza un umbral. Los
problemas han sido investigados estadísticamente con detalle y se ha propuesto
una gama de criterios de decisión.
Normalmente para propósitos de validación es suficiente proporcionar un
indicativo del nivel al cual la detección resulta problemática. Para este propósito la
aproximación “blanco + 3s” usualmente será suficiente.
20
2.5.4.3 Límite de cuantificación
El límite de cuantificación (LoQ) estrictamente es la concentración más baja del
analito que puede ser determinada con un nivel aceptable de precisión de
repetibilidad y veracidad. También se define por diversas convenciones como la
concentración del analito correspondiente al valor del blanco de muestra más 5, 6
ó 10 desviaciones estándar de la media del blanco. Algunas veces también se
conoce como “límite de determinación”. LoQ es un valor indicativo y no deberá
usarse en la toma de decisiones.
2.5.4.4 Intervalo lineal
Para cualquier método cuantitativo es necesario determinar el intervalo de
concentraciones del analito o los valores de la propiedad relacionada, sobre los
cuales el método puede aplicarse. En el extremo inferior del intervalo de
concentración, los factores limitantes son los valores del límite de detección y/o
cuantificaciones. En el extremo superior del intervalo de concentración, las
limitaciones serán impuestas por varios efectos que dependen del sistema de
respuesta del instrumento.
2.5.4.5 Exactitud
La exactitud expresa la cercanía de un resultado al valor verdadero. La validación
de un método busca cuantificar la exactitud probable de los resultados evaluando
tanto los efectos sistemáticos como los aleatorios sobre los resultados.
Normalmente la exactitud se estudia en dos componentes: la veracidad y la
precisión. La veracidad (de un método) es una expresión de que tan cercana se
encuentra la media de un conjunto de resultados (producidos por el método)
respecto del valor real. La precisión es una medida de que tan cercanos están los
resultados unos con respecto a los otros.
21
2.5.4.6 Precisión
Las medidas de precisión más comunes son la repetibilidad y la reproducibilidad.
Estas representan las dos medidas extremas de precisión que pueden obtenerse.
La repetibilidad dará una idea de la clase de variabilidad esperada cuando un
método se ejecuta por un solo analista, con un equipo en un periodo corto de
tiempo. Si la muestra se analiza por varios laboratorios para fines comparativos,
entonces una medida de precisión más significativa a usarse es la
reproducibilidad.
2.5.4.7 Sensibilidad
Esta es efectivamente la pendiente de la curva de respuesta, es decir, el cambio
en la respuesta del instrumento que corresponde a un cambio en la concentración
del analito. Cuando se ha establecido que la respuesta es lineal con respecto a la
concentración (o sea dentro del intervalo lineal del método) y se ha determinado la
intercepción de la curva de respuesta, la sensibilidad es un parámetro para
calcular y usar en fórmulas de cuantificación.
2.5.4.8 Recuperación
Los métodos analíticos no siempre miden todo el analito de interés presente en la
muestra. Los analitos pueden estar presentes en una variedad de formas en las
muestras de las cuales no todas son de interés para el analista. El método debe
entonces diseñarse deliberadamente para determinar solamente una forma
específica del analito. No obstante, la incapacidad de un método para determinar
todo el analito presente puede reflejar un problema inherente. De cualquier forma,
es necesario evaluar la eficiencia del método para detectar todo el analito
presente. [25]
22
3 METODOLOGIA
3.1 Fenoles
3.1.1 Materiales
3.1.1.1 Reactivos
Estándar de fenol
Bromato de potasio, KBr
Bromuro de potasio, KBr03
Acido clorhídrico concentrado, HCl
Yoduro de potasio, KI
Tiosulfato de sodio pentahidratado 0,10 M, Na2SO3-5H2O
Hidróxido de amonio 0,5 N, NH4OH
4-aminoantipirina, C11H13N3O
Ferrocianuro de potasio, K3[Fe(CN)6]
Cloroformo, CHCl3
Sulfato de sodio anhidro, Na2SO4
Acido fosfórico, H3PO4
Indicador naranja de metilo
Hidróxido de sodio 2,5 N, NaOH
Acido sulfúrico 1 N, H2SO4
Acido sulfúrico concentrado
Solución tampón fosfato, K2HPO4 y KH2PO4
Sulfato de cobre 10%, CuSO4
23
3.1.1.2 Equipos
Equipo de Destilación Velp Scientífica
Espectrofotómetro Génesys 5 (Celdas de vidrio de 1 cm y de cuarzo 5 cm)
Medidor de pH
3.1.1.3 Material de vidrio
Balón volumétrico de 200 mL
Balones volumétricos de 100 mL
Balón volumétrico de 50 mL
Balones volumétricos de 25 mL
Bureta de 50mL
Bureta de 25 mL
Bureta de 10 mL
Beaker de 250 mL
Erlenmeyer de 250 mL
Pipetas graduadas de 5 mL
Pipeta volumétrica de 50 mL
Pipetas volumétricas de 10 mL
Pipetas volumétricas de 1 mL
3.1.2 Protocolo
Para la determinación del contenido fenólico en las muestras se utilizará el método
de la 4-aminoantipirina: fotométrico directo para muestras de agua residual y
cruda, y con extracción de cloroformo para muestras de agua potable.
Para la validación, la parte experimental se basa en el protocolo sugerido por el
IDEAM [26], el cual consiste en la lectura de las muestras y el registro de los
24
resultados para cada grupo diario de ensayos. Como mínimo se deben realizar 6
ensayos con una diferencia máxima de 3 días entre un ensayo y otro.
El grupo de muestras está compuesto por:
ŰE1.bk: Blanco de reactivos y procedimiento
ŰE1.b: Estándar de concentración baja
ŰE1.m: Estándar de concentración media; aprox. el 50% del rango
ŰE1.a: Estándar de concentración alta; aprox. el 90% del rango
ŰM1A.bk: Blanco de muestra tratada para ver efectos de la matriz
ŰM1A.b: Muestra tratada adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
baja, aprox. 30%
ŰM1A.a: Muestra tratada adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
alta, aprox. el 90%
ŰM2A.bk: Blanco de muestra residual para ver efectos de la matriz
ŰM2A.b: Muestra residual adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
baja, aprox. el 30%
ŰM2A.m: Muestra residual adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
media, aprox. el 50%
ŰM2A.a: Muestra residual adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
alta, aprox. el 90%
ŰM3A.bk: Blanco de muestra cruda para ver efectos de la matriz
ŰM3A.m: Muestra cruda adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
media; aprox. 50%
Al obtener los datos, se tendrá en cuenta la Dócima de Grubbs [27] para la
25
aceptación o el rechazo de los mismos. Los criterios de aceptación o rechazo son
los siguientes:
A) Si el valor estadístico G es menor o igual al valor crítico correspondiente
a un α de un 5% se acepta como correcto.
B) Si el valor estadístico es mayor al de su valor crítico para una α de un
5% y menor o igual al de su valor crítico para un α de un 1%, se
considera dudoso y se trata de localizar la causa, si se determina se
rechaza y en caso contrario se acepta.
C) Si el valor del estadístico es mayor al de su valor critico para un α de un
1% se considera estadísticamente incompatible y se rechaza.
Tabla No. 1 Fragmento tabla de valores críticos para la
Dócima de Grubbs [27]
N 95%
3 1,15
4 1,46
5 1,67
6 1,82
7 1,94
8 2,03
9 2,11
N 95%
10 2,18
11 2,24
12 2,29
13 2,33
14 2,37
15 2,41
16 2,44
26
Gi = s
XiX y Gn =
s
XXn
Donde:
Gi: se refiere a los valores mínimos
Gn: Se refiere a los valores máximos
X : valor medio del grupo de datos
Xi: valor mínimo del grupo de datos
Xn: valor máximo del grupo de datos
Al tener definidos los datos aceptados, se utilizaran los mismos para la
determinación de las siguientes características: límite de detección, límite de
cuantificación, sensibilidad, precisión, exactitud y recuperación.
3.1.3 Preparación de soluciones
3.1.3.1 Soluciones de fenol
Solución madre de fenol (1000 mg fenol/L)
Pesar 0,1 g de fenol y aforar a 100 mL con agua destilada fresca.
Solución intermedia de fenol (100 mg fenol/L)
Tomar con pipeta volumétrica 10 mL de solución madre de fenol y aforar a
100 mL con agua destilada fresca.
27
Solución estándar de fenol (10 mg fenol/L)
Tomar con pipeta volumétrica 10 mL de solución intermedia de fenol y
aforar a 100 mL con agua destilada fresca.
3.1.3.2 Soluciones para estandarización de la solución madre de fenol
Tiosulfato de sodio 0,10 M: Disolver 24,820 g de NaS2O3-5H20 en agua
destilada. Adicionar 0,4 g de NaOH y diluir a 1 L con agua destilada.
Bromuro-bromato: disolver 2,784 g de KBrO3 en agua, adicionar 10 g de
cristales de KBr, disolver, y diluir a 1 L con agua destilada.
3.1.3.3 Soluciones para tratamiento de las muestras
Buffer de fosfatos: disolver 104,5 g de K2HPO4 y 72,3 g de KH2PO4 en
agua y diluir a 1 L con agua destilada. El pH debe ser 6,8.
Hidróxido de amonio 0,5 N: Diluir 35 mL de solución concentrada de
NH4OH A 1 L con agua destilada.
Aminoantipirina: Disolver 2 g de 4-aminoantipirina en agua y diluir a 100
mL con agua destilada. Preparar diariamente.
Ferrocianuro de potasio: disolver 8 g de K3Fe(CN)6 en agua y diluir a 100
mL con agua destilada. Filtrar si es necesario. Guardar en una botella de
vidrio oscura. Preparar semanalmente la solución.
NaOH 2,5 N: disolver 10 g de NaOH en 100 mL de agua destilada.
28
3.1.3.4 Estándares para la curva de agua tratada
Tomar en bureta el volumen necesario de la solución estándar de fenol (10 mg/L)
para preparar cada uno de los patrones de acuerdo con la tabla 2 y aforar a 500
mL con agua destilada fresca.
Tabla No. 2 Volumen de solución estándar de fenol para la preparación de la
curva de calibración para determinar fenoles en agua tratada
Patrón Concentración
(mg/L) Volumen de solución estándar a tomar (mL)
Blanco 0,00 0
1 0,01 0,5
2 0,02 1,0
3 0,03 1,5
4 0,04 2,0
5 0,05 2,5
3.1.3.5 Estándares para la curva de agua cruda y residual
Tomar en bureta el volumen necesario de la solución estándar de fenol (10 mg/L)
para preparar cada uno de los patrones de acuerdo con la tabla 3 y aforar a 100
mL con agua destilada fresca.
29
Tabla No. 3 Volumen de solución estándar de fenol para la preparación de la
curva de calibración para determinar fenoles en agua cruda y residual
Patrón Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
Blanco 0 0
1 0,1 1
2 0,2 2
3 0,3 3
4 0,5 5
5 0,8 8
6 1,0 10
7 1,2 12
8 1,3 13
3.1.3.6 Muestras para la validación
3.1.3.6.1 Estándares
Tomar en bureta el volumen de solución intermedia de fenol (100 mg/L) de
acuerdo con la tabla No. 4, aforar a 2 L con agua destilada.
30
Tabla No. 4 Volumen de solución intermedia de fenol para la preparación de los
estándares de comprobación
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
ŰE1.b 0,6875 13,75
ŰE1.m 0,7500 15,00
ŰE1.a 0,8750 17,50
3.1.3.6.2 Agua residual
Tomar en bureta el volumen de solución intermedia de fenol (100 mg/L) de
acuerdo con la tabla No. 5 y aforar a 2 L con agua residual.
Tabla No. 5 Volumen de solución intermedia de fenol para preparación muestras
de agua residual fortificadas
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
ŰM2A.bk N.A. 0,0
ŰM2A.b 0,6875 13,75
ŰM2A.m 0,7500 15,0
ŰM2A.a 0,8750 17,5
3.1.3.6.3 Agua cruda
Tomar en bureta el volumen de solución intermedia de fenol (100 mg/L) de
acuerdo con la tabla No. 6 y aforar a 2 L con agua cruda.
31
Tabla No. 6 Volumen de solución intermedia de fenol para preparación muestras
de agua cruda fortificadas
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
ŰM3A.bk N.A. 0,0
ŰM3A.m 0,24 4,8
3.1.3.6.4 Muestras adicionales
Estándar
Tomar en bureta el volumen necesario de solución intermedia de fenol (100
mg/L) de acuerdo con la tabla No. 7 y aforar a 2 L con agua destilada.
Tabla No. 7 Volumen de solución intermedia de fenol para preparación del
estándar adicional
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
ŰEb, ad 0,3 6
Muestra residual
Tomar en bureta el volumen necesario de solución intermedia de fenol (100
mg/L) de acuerdo con la tabla No. 8 y aforar a 2 L con agua residual.
32
Tabla No. 8 Volumen de solución intermedia de fenol para preparación del
estándar adicional
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
ŰM1A.bk, ad N.A. N.A.
ŰM1A.b, ad 0,3 6
3.1.4 Procedimiento
3.1.4.1 Estandarización de la solución madre de fenol
Para la estandarización de la solución madre de fenol se utiliza una cantidad
medida de una solución bromuro-bromato para generar un exceso de Br2 en
medio ácido.
El Br2 producido reacciona con el fenol para formar el 2,4,6-tribromofenol de la
siguiente manera:
Después de que se termina el fenol, se adiciona un exceso del ion yoduro (I-) a la
mezcla para determinar la cantidad de Br2 que no reaccionó (en exceso).
La cantidad de I2 formada se determina por titulación con tiosulfato de sodio,
Na2S2O3 utilizando una solución de almidón como indicador.
33
La concentración real del ion tiosulfato se determina mediante la titulación de un
blanco, el cual se prepara en ausencia de la muestra de fenol.
Calcule la concentración de fenol de la siguiente manera:
mg fenol/L = 7,842 [(A*B) – C]
Donde:
A = mL de tiosulfato para el blanco.
B = mL de solución bromuro-bromato usado para la muestra / 10.
C = mL de tiosulfato para la muestra.
7,842 = Factor de conversión. Obtenido del peso molecular del fenol
dividido los equivalentes totales aportados a la reacción.
2Br+5 + 10e- Br2
2S2O32- S4O6
2- + 2e-
Factor de conversión = 94,10584/12 = 7,842
A un erlenmeyer tapado con 100 mL de agua adicione 50 mL de solución madre
de fenol y 10 mL de solución bromuro-bromato (Ver numeral 3.1.3.2).
Inmediatamente adicione 5 mL de solución concentrada de HCl y agite
suavemente. Si el color café del bromo no persiste, adicione porciones de 10 mL
de solución bromuro-bromato hasta que lo haga. Mantenga el matraz tapado y
déjelo reposar 10 minutos; luego adicione aproximadamente 1 g KI. Normalmente
se requieren 4 porciones de 10 mL de solución bromuro-bromato si la solución
madre de fenol contiene 1000 mg fenol/L.
34
Prepare un blanco de la misma forma, usando agua destilada y 10 mL de solución
bromuro-bromato. Titule el blanco y la muestra con tiosulfato de sodio 0,025 M,
utilizando como indicador una solución de almidón.
3.1.4.2 Preservación de las muestras
Adicione 2 mL de solución de H2SO4 al 98% o la cantidad necesaria para lograr un
pH menor a 2 y almacene a 4 °C.
La muestra es estable por 28 días.
3.1.4.3 Agua tratada
3.1.4.3.1 Tratamiento para los estándares y las muestras
Tome una muestra de 500 mL o una porción adecuada y diluya a 500 mL; proceda
con los estándares, la muestra y el blanco de la siguiente manera: adicione 12 mL
de NH4OH 0,5 N e inmediatamente ajuste el pH a 7,9 ± 0,1 con la solución buffer
de fosfato (Ver numeral 3.1.3.3). Bajo ciertas circunstancias se puede requerir un
pH mayor. Se necesitan alrededor de 10 mL de estándar de fosfato. Transfiera a
un embudo de separación de 1 L y adicione 3 mL de solución de 4-
amoniantipiridina, mezcle bien, adicione 3 mL de ferrocianuro de potasio, mezcle
bien y permita el desarrollo del color durante 15 minutos. La solución debe ser
amarilla.
Extraiga inmediatamente con CHCl3, usando 25 mL para celdas de 5 cm y 50 mL
para celdas de 10 cm. Agite los embudos de separación por lo menos 10 veces,
permita al CHCl3 reposar, filtre cada extracto de CHCl3 en filtros que contengan
una capa de 5 g de Na2SO4 anhidro. Recoja los extractos secos en celdas limpias
para la medición de la absorbancia, no adicione más CHCl3 o lave los papeles
filtro o los embudos de separación con CHCl3.
35
3.1.4.4 Agua residual y cruda
3.1.4.4.1 Tratamiento para los estándares y las muestras
a. Proceder de la siguiente manera con los estándares, la muestra y el
blanco: tomar 250 mL en un beaker, ajustar el pH a aproximadamente
4,0 con una solución de H3PO4 utilizando naranja de metilo como
indicador o un medidor de pH. Adicionar 1 mL de CuSO4 al 10% y
transferir al equipo de destilación. Omita la adición de H3PO4 y ajustar
el pH a 4,0 con NaOH 2,5 N si la muestra fue preservada como se
describió en el numeral 4.1.2.
b. Esta destilación debe hacer purificado la muestra adecuadamente. Sin
embargo, algunas veces, el destilado es turbio. Si lo está, se requiere
acidificar con una solución de H3PO4 y se destila como la primera vez.
Si el segundo destilado aun esta turbio, se debe utilizar el proceso de
extracción descrito en el siguiente item antes de destilar la muestra.
c. TRATAMIENTO CUANDO EL SEGUNDO DESTILADO ES TURBIO:
extraer una porción de 500 mL de la muestra original de la siguiente
forma: Adicione 4 gotas de indicador anaranjado de metilo y acidifique
con H2SO4 1 N. Transfiera a un embudo de separación y adicione 150
g de NaCl. Extraiga con 5 porciones sucesivas de CHCl3, utilizando 40
mL en la primera extracción y 25 mL en cada porción sucesiva.
Transfiera la capa de CHCl3 a un segundo embudo de separación y
extraiga con 3 porciones sucesivas de solución de NaOH 2,5 N,
usando 4,0 mL en la primera porción y 3,0 mL en las 2 porciones
siguientes. Combine los extractos alcalinos, caliente en un baño de
agua hasta remover todo el CHCl3, cuando este frio, se diluye a 500
mL con agua destilada. Proceda con la destilación como se describe
en 4.1.4.1.a. y 4.1.4.2.b.
36
Tomar el destilado y aforar la solución a 200 mL con agua destilada.
Adicionar 2,5 mL de solución NH4OH 0,5 N e inmediatamente ajustar el pH a 7,9 ±
0,1 con la solución tampón de fosfato. Adicionar 1 mL de solución de 4-
aminoantipirina, mezclar bien, adicionar 1 mL de solución de K3Fe(CN)6, y mezclar
bien.
Después de 10 minutos, transfiera a las celdas y lea la absorbancia de la muestras
contra el blanco a 500 nm.
3.2 Fosfatos
3.2.1 Materiales
3.2.1.1 Reactivos
Fosfato mono potásico, KH2PO4
Acido clorhídrico concentrado, HCl
Ácido clorhídrico 1:1, HCl
Ácido sulfúrico concentrado, H2SO4
Molibdato de amonio tetra hidratado, (NH4)6Mo7O24-4H20
Cloruro estañoso di hidratado, SnCl2-2H2O
Glicerol, C3H8O3.
Hidróxido de sodio 50%, NaOH
Ácido nítrico concentrado, HNO3
3.2.1.2 Equipos
Espectrofotómetro Génesys 5 (Celdas de vidrio de 1 cm y 5 cm)
Medidor de pH
37
Plancha de calentamiento
3.2.1.3 Material de vidrio
Balón volumétrico de 1 L
Balón volumétrico de 500 mL
Balones Volumétricos de 100 mL
Bureta de 25 mL
Bureta de 10 mL
Bureta 50 mL
Beaker de 250 mL
Pipeta graduada de 10 mL
Pipetas graduadas de 5 mL
Pipeta graduada de 1 mL
Goteros
3.2.2 Protocolo
Para la determinación del contenido de fosfatos en las muestras se utilizará el
método del cloruro estañoso. Se realizaran dos curvas de calibración, una con un
rango de concentración entre 0,1 y 1 mg fósforo/L para la medición de muestras
de agua tratada y cruda; y la otra con un rango comprendido entre 1 y 5 mg
fósforo/L para la medición de muestras de agua residual.
Para la validación, la parte experimental se basa en el protocolo sugerido por el
IDEAM [26] el cual consiste en la lectura de las muestras y el registro de los
resultados para cada grupo diario de ensayos. Como mínimo se deben realizar 6
ensayos con una diferencia máxima de 3 días entre un ensayo y otro.
El grupo de muestras para la curva de concentración baja está compuesto por:
38
ŰE2.bk: Blanco para determinación de límites de cuantificación y detección
ŰE2.b: Estándar de concentración baja; aprox. el 30%
ŰE2.a: Estándar de concentración alta; aprox. el 90%
ŰM4A.bk: Blanco de muestra tratada para ver efectos de la matriz
ŰM4A.b: Muestra tratada adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
baja; aprox. el 30%
ŰM4A.a: Muestra tratada adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
alta; aprox. el 90%
ŰM5A.bk: Blanco de muestra cruda para ver efectos de la matriz
ŰM5A.m: Muestra cruda adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
media; aprox el 50%
ŰE3.bk: Blanco para determinación de límites de cuantificación y detección
ŰE3.m: Estándar de concentración media; aprox. el 50%
ŰM6A.bk: Blanco de muestra residual para ver efectos de la matriz
ŰM6A.b: Muestra residual adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
baja; aprox. el 30%
ŰM6A.a: Muestra residual adicionada para ver efectos de la matriz, concentración
alta; aprox. el 90%
Se tendrá en cuenta la Dócima de Grubbs [27] para la aceptación o rechazo de los
datos tal cual se encuentra explicado en el numeral 3.1.2.
39
3.2.3 Preparación de soluciones
3.2.3.1 Soluciones de fosfatos
Solución madre de fosfatos (50 mg fosfato/L): Disolver en agua destilada
0,2195 g de KH2PO4 anhidro y aforar a 1 L con agua destilada.
Solución estándar de fosfatos (5 mg fosfatos/L): Tomar con pipeta
volumétrica 10 mL de solución madre de fosfatos y aforar a 100 mL con
agua destilada fresca.
3.2.3.2 Soluciones para tratamiento de las muestras
Cloruro estañoso: Disolver 2,5 g de SnCl2.2H2O en 100 mL de Glicerol,
calentar en baño de agua y agitar para acelerar la disolución.
Molibdato de amonio: Disolver 25 g de (NH4)6MO7O24.4H2O en 175 mL
de agua destilada, cuidadosamente adicionar 280 mL de H2SO4
concentrado a 400 mL de agua destilada. Enfriar y adicionar la solución de
molibdato, aforar a 1 L con agua destilada.
Hidróxido de sodio 50% m/v: Disolver 250 g de NaOH en 500 mL de
agua destilada.
3.2.3.3 Estándares para la preparación de la curva para agua tratada y
cruda
Tomar en bureta el volumen necesario de la solución estándar de fosfatos (5
mg/L) para preparar cada uno de los patrones de acuerdo con la tabla 9 y aforar a
40
100 mL con agua destilada fresca.
Tabla No. 9 Volumen de solución estándar de fosfatos para la preparación de la
curva de calibración para determinar fosfatos en agua tratada y cruda
Patrón Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
Blanco 0,0 0,0
1 0,1 2,0
2 0,3 6,0
3 0,5 10,0
4 0,8 16,0
5 1,0 20,0
3.2.3.4 Estándares para preparación de la curva para agua residual
Tomar en bureta el volumen necesario de la solución madre de fosfatos (50 mg/L)
para preparar cada uno de los patrones de acuerdo con la tabla No. 10 y aforar a
100 mL con agua destilada fresca.
Tabla No. 10 Volumen de solución madre de fosfatos para la preparación de la
curva de calibración para determinar fosfatos en agua residual
Patrón Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar a tomar (mL)
Blanco 0,00 0,0
1 1,00 2,0
2 2,00 4,0
3 3,00 6,0
4 4,00 8,0
5 5,00 10,0
41
3.2.3.5 Muestras para la validación de la curva de baja concentración
3.2.3.5.1 Estándares
Tomar en bureta el volumen necesario de la solución madre de fosfatos (50 mg/L)
para preparar cada uno de los patrones de acuerdo con la tabla No. 11 y aforar a 2
L con agua destilada fresca.
Tabla No. 11 Volumen de solución madre de fosfatos para la preparación de
estándares de comprobación para la curva de agua tratada y cruda
3.2.3.5.2 Agua tratada
Tomar en bureta el volumen necesario de la solución madre de fosfatos (50 mg/L)
para preparar cada uno de los patrones de acuerdo con la tabla No. 12 y aforar a 2
L con agua tratada.
Tabla No. 12 Volumen de solución madre de fosfatos para la preparación de
muestras de agua tratada adicionadas
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar (mL)
ŰE2.bk 0,08 3,2
ŰE2.b 0,25 10
ŰE2.a 0,90 36
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar (mL)
ŰM4A.bk N.A 0
ŰM4A.b 0,25 10
ŰM4A.a 0,85 34
42
3.2.3.5.3 Agua cruda
Tomar en bureta el volumen de solución madre de fosfatos (50 mg/L) de acuerdo
con la tabla No. 13 y aforar a 2 L con agua cruda.
Tabla No. 13 Volúmenes solución madre de fosfatos para preparación muestras
de agua cruda adicionadas
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de
solución
madre a tomar (mL)
ŰM5A.bk N.A. 0,0
ŰM5A.m 0,50 20,0
3.2.3.6 Muestras para la validación de la curva de alta concentración
3.2.3.6.1 Estándares
Tomar en bureta el volumen necesario de la solución madre de fosfatos (50 mg/L)
para preparar cada uno de los patrones de acuerdo con la tabla No. 14 y aforar a 2
L con agua destilada fresca.
Tabla No. 14 Volumen de solución madre de fosfatos para la preparación de
estándares de comprobación de la curva de agua residual
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de solución
estándar (mL)
ŰE3.bk 0,5 20
ŰE3.m 3,5 140
43
3.2.3.6.2 Agua residual
Tomar en bureta el volumen de solución madre de fosfatos (50 mg/L) de acuerdo
con la tabla No. 15 y aforar a 2 L con agua residual.
Tabla No. 15 Volúmenes solución madre de fosfatos para preparación muestras
de agua residual fortificadas
Muestra Concentración
(mg/L)
Volumen de
solución
madre a tomar (mL)
ŰM6A.bk N.A. 0,0
ŰM6A.b 1 40
ŰM6A.a 3 120
3.2.4 Procedimiento
3.2.4.1 Preservación de las muestras
Adicionar 2 mL de solución de H2SO4 al 98% o la cantidad necesaria para lograr
un pH menor a 2 y almacenar a 4 °C en recipientes de vidrio.
No se recomienda almacenar las muestras de bajo contenido de fósforo en
recipientes plásticos, porque este se puede absorber sobre las paredes del
recipiente. Se podrían almacenar manteniéndolas congeladas.
Los recipientes de vidrio son preferibles para la recolección de la muestra
enjuagándolas con ácido clorhídrico diluido y después con agua destilada y
desionizada.
La muestra es estable por 28 días.
44
3.2.4.2 Tratamiento de las muestras
3.2.4.2.1 Filtración preliminar
Filtrar las muestras a través de filtros de membrana de 0,45 µm. se puede utilizar
un filtro de fibra de vidrio para prefiltrar las muestras difíciles de filtrar.
Lavar los filtros de membrana remojándolas en agua destilada antes de usarlos
porque estas pueden tener cantidades de fósforo que resultan significantes para
aquellas muestras que contienen bajas concentraciones de fosfatos. Utilizar una
de estas dos técnicas de lavado: (a) sumergir los filtros en 2 L de agua destilada
durante 24 h; (b) sumergir los filtros en 2 L de agua destilada durante 1 h, cambiar
el agua destilada, y sumergir los filtros por 3 h más.
3.2.4.2.2 Digestión ácida
Servir 100 mL de la muestra y adicionar 1 mL de H2SO4 concentrado y 5 mL de
HNO3 concentrado. Digerir hasta un volumen aproximado de 5 mL.
Enfriar y adicionar 20 mL de agua destilada y llevar hasta pH 8,3 con una solución
de hidróxido de sodio al 40%.
3.2.4.2.3 Coloración
Transferir la solución neutralizada (filtrar de nuevo si es necesario) a un matraz
volumétrico de 100 mL. Adicionar los lavados durante la filtración. Adicionar 4 mL
del molibdato de amonio y 0,5 mL (10 gotas) de cloruro estañoso. Aforar el matraz.
Transferir las muestras a celdas de vidrio de 5 cm si es muestra de agua tratada o
cruda, o celdas de 1 cm si es una muestra de agua residual. Medir la absorbancia
después de 10 minutos de adicionados los reactivos.
45
4 DATOS EXPERIMENTALES
4.1 Fenoles
4.1.1 Concentración real de los estándares, las muestras fortificadas y las
muestras adicionales
Estandarización solución madre de fenol
Concentración de fenol = 7,842 *((A*B) – C)
Donde:
7,842 = Factor de conversión
A = mL de tiosulfato para el blanco
B = mL de solución bromuro-bromato usado para la muestra / 10.
C = mL de tiosulfato para la muestra
Tabla No. 16 Estandarización solución madre de fenol
Muestra Volumen tiosulfato
(mL)
Volumen solución
bromuro-bromato (mL)
Blanco 9,4 -
9,4 -
Solución madre
15,45 50
15,50 50
46
Concentración real
V1C1 = V2C2
Donde:
V1: Volumen de solución madre (L)
V2: Volumen final de solución (L)
C1: Concentración real solución madre (mg/L)
C2: Concentración final de la muestra fortificada (mg/L)
Estándar bajo:
C2 =
= = 0,67985225 mg fenol/L
Tabla No. 17 Concentración real de fortificación a las muestras
MUESTRA Concentración real adicionada
de fenol (mg/L)
ŰE1.b 0,679852
ŰE1.m 0,741657
ŰE1.a 0,865266
ŰM2A.b 0,679852
ŰM2A.m 0,741657
ŰM2A.a 0,865266
ŰM3A.m 0,23733
47
Concentración real
V1C1 = V2C2
Donde:
V1: Volumen de solución madre (L)
V2: Volumen final de solución (L)
C1: Concentración real solución madre (mg/L)
C2: Concentración final de la muestra fortificada (mg/L)
Estándar adicional:
C2 =
= = 0,303014 mg fenol/L
Tabla No. 18 Concentración real de fortificación a las muestras adicionales
Solución Concentración real
solución intermedia de fenol (mg/L)
Concentración real adicionada de fenol
(mg/L)
ŰEb, ad 101,0049 0,303014
ŰM1A.bk, ad 96,4566 0,289369
ŰM1A.b, ad 96,4566 0,289369
48
4.1.2 Destilación
El procedimiento establecido por el Standard Methods [8] propone realizar una
destilación a las muestras como tratamiento preliminar.
En el manual del destilador Velp Scientífica [28] se indica que para muestras con
contenido fenólico la destilación debe ser durante 4 minutos utilizando 40% de
vapor y adicionando 1 mL de solución de CuS04 al 10%.
Se prepararon varios estándares de 0,1 mg fenol/L y se realizaron los siguientes
ensayos para determinar si estas eran las condiciones adecuadas para la
destilación:
Ensayo 1: 40% de vapor – 4 minutos – 1 mL CuS04 al 10%
Ensayo 2: 40% de vapor – 4 minutos – 0 mL CuS04 al 10%
Ensayo 3: 70% de vapor – 4 minutos – 1 mL CuS04 al 10%
Ensayo 4: 40% de vapor – 4 minutos – 0 mL CuS04 al 10%
Después de la realización de estos ensayos, se determinó que la mayor exactitud
en la determinación se obtenía al realizar la destilación según el Ensayo 1. Por lo
tanto, se escogió este para el posterior análisis de las muestras.
4.2 Fosfatos
4.2.1 Digestión
Se prepararon varias curvas con y sin digestión, con el fin de determinar con cuál
de las dos se obtenían mejores resultados.
49
Tabla No. 19. Datos comparativos en curvas de baja concentración con digestión
y sin digestión
Concentración
(mg Fósforo/L)
Con digestión Sin digestión
Absorbancia Regresión lineal Absorbancia Regresión lineal
0,1 0,627
y = 3,6591x +
0,3009
R² = 0,9991
0,147
y = 0,3877x +
0,0955
R² = 0,9948
0,3 1,450 0,199
0,5 2,147 0,286
0,8 3,186 0,401
1,0 3,974 0,491
Figura No. 1. Comparación entre las curvas con y sin digestión para la
determinación de fosfatos en cruda y tratada.
y = 3,6591x + 0,3009 R² = 0,9991
y = 0,3877x + 0,0955 R² = 0,9948
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
A
b
s
o
r
b
a
n
c
i
a
Concentración (mg fósforo/L)
Con digestión
Sin digestión
50
Tabla No. 20 Datos comparativos en curvas de alta concentración con digestión y
sin digestión
Concentración
(mg Fósforo/L)
Con digestión Sin digestión
Absorbancia Regresión lineal Absorbancia Regresión lineal
1 0,401
y = 0,5941x - 0,0861
R² = 0,9512
0,800
y = 0,6037x + 0,2723
R² = 0,9865
2 1,423 1,463
3 1,463 2,211
4 2,222 2,786
5 2,972 3,157
Figura No. 2. Comparación entre las curvas con y sin digestión para la
determinación de fosfatos en agua residual
En la tabla No. 19 se observa que los patrones digeridos tenían una mayor
absorbancia que aquellos sin digerir. También se observa que la relación entre
concentración y absorbancia presenta una mayor linealidad si se digieren las
y = 0,6037x + 0,2723 R² = 0,9865
y = 0,5941x - 0,0861 R² = 0,9512
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 1 2 3 4 5 6
A
b
s
o
r
b
a
n
c
i
a
Concentración (mg fósforo/L)
Sin digestión
Con digestión
51
muestras. Por lo tanto se decidió trabajar con la curva con digestión.
Por otra parte, en las curvas de alta concentración, se observó que aunque la
realizada con patrones digeridos tenía valores de absorbancia mayores, la que se
hizo sin digestión tiene mejor linealidad y mayor sensibilidad. Por lo tanto para la
determinación de altas concentraciones, se escogió la curva sin digestión.
52
5. RESULTADOS Y CALCULOS
5.1 Fenoles
5.1.1 Análisis preliminar
5.1.1.1 Estudio de cinética
Se realizó un estudio de cinética a una solución de fenol de concentración 0,5
mg/L en el espectrofotómetro Génesys 5 utilizando celdas de vidrio de 1 cm, a una
longitud de onda de 500 nm con el fin de establecer cuanto tiempo después de la
coloración se obtiene un máximo en la absorbancia de la solución de fenol.
Tabla No. 21. Estudio de cinética simple, λ = 500 nm (Junio 24/2011)
Tiempo (s) Absorbancia
0 0,325
10 0,326
20 0,327
30 0,329
40 0,330
50 0,331
60 0,331
70 0,332
80 0,333
90 0,334
100 0,334
110 0,335
120 0,336
130 0,336
140 0,337
150 0,337
160 0,337
Tiempo (s) Absorbancia
170 0,338
180 0,338
190 0,339
200 0,339
210 0,339
220 0,339
230 0,340
240 0,340
250 0,340
260 0,341
270 0,341
280 0,341
290 0,341
300 0,341
310 0,341
320 0,341
330 0,341
Tiempo (s) Absorbancia
340 0,341
350 0,342
360 0,342
370 0,342
380 0,342
390 0,342
400 0,342
410 0,342
420 0,342
430 0,342
440 0,342
450 0,342
460 0,342
470 0,342
480 0,342
490 0,342
500 0,342
53
Continuación Tabla No. 21 Estudio de cinética simple, λ = 500 nm (Junio
24/2011)
Tiempo (s) Absorbancia
510 0,342
520 0,342
530 0,342
540 0,342
550 0,342
560 0,341
570 0,341
580 0,341
590 0,341
600 0,341
610 0,341
620 0,341
630 0,341
640 0,341
650 0,341
660 0,341
690 0,341
700 0,341
710 0,341
720 0,341
730 0,340
740 0,340
750 0,340
Tiempo (s) Absorbancia
760 0,340
770 0,340
780 0,340
790 0,340
800 0,339
810 0,339
820 0,339
830 0,339
840 0,339
850 0,339
860 0,339
870 0,339
880 0,339
890 0,339
900 0,339
910 0,339
920 0,338
930 0,338
940 0,338
950 0,338
960 0,338
970 0,338
980 0,338
Tiempo (s) Absorbancia
990 0,338
1000 0,337
1010 0,337
1020 0,337
1030 0,337
1040 0,337
1050 0,337
1060 0,337
1070 0,337
1080 0,337
1090 0,337
1100 0,337
1110 0,336
1120 0,336
1130 0,336
1140 0,336
1150 0,336
1160 0,336
1170 0,336
1180 0,336
1190 0,335
1200 0,335
54
Figura No. 3 Estudio de cinética simple a una solución de fenol de 0,5 mg/L (Junio
24/2011)
La figura No 3 se obtiene utilizando los datos consignados en la tabla No. 21.
5.1.1.2 Barrido espectral
Se realizó un barrido espectral a una solución de fenol de concentración 0,5 mg/L
en el espectrofotómetro Génesys 5 utilizando celdas de vidrio de 1 cm de longitud.
Este se inició en una longitud de onda de 400 nm, terminando en 700 nm; esto se
hace con el fin de establecer la longitud de onda en la cual esta solución muestra
su máximo de absorción.
0,324
0,326
0,328
0,330
0,332
0,334
0,336
0,338
0,340
0,342
0,344
0 200 400 600 800 1000 1200
A
b
s
o
r
b
a
n
c
i
a
Tiempo (s)
Series1
55
Figura No. 4 Espectro de absorción de una solución de fenol de 0,5 mg/L
5.1.2 Agua tratada
5.1.2.1 Curva de calibración
Se prepararon varias curvas de calibración para la determinación de fenoles en
agua tratada en un rango de concentración de fenol entre 0,01 y 0,05 mg/L.
Midiéndose la absorbancia a una longitud de onda de 500 nm en celdas de cuarzo
5 cm de longitud. En la tabla No. 22 se muestran las diferentes absorbancias
mostradas por los patrones preparados.
56
Tabla No. 22 Datos correspondientes a la curvas de calibración para la
determinación de fenoles en agua tratada
Tabla No. 23 Datos obtenidos de las curvas de calibración para agua tratada
Parámetro Valor
curva 1
Valor
curva 2
Valor
curva 3
Valor
curva 4
Sensibilidad, m 1,95 2,34 2,22 2,01
Intercepto en el eje Y, b 1,2409 1,2278 1,2332 1,2351
Coeficiente de correlación lineal, r2 0,9245 0,9287 0,8860 0,9213
5.1.3 Agua cruda y residual
5.1.3.1 Curva de calibración
Se preparó una curva de calibración para la determinación de fenoles en agua
cruda y residual en un rango de concentración de fenol entre 0,1 y 1,2 mg/L.
Midiéndose la absorbancia a una longitud de onda de 500 nm en celdas de vidrio
de 1 cm de longitud. A continuación se muestran los valores de absorbancia
Concentración de
fenol (mg/L)
Absorbancia
curva 1
Absorbancia
curva 2
Absorbancia
curva 3
Absorbancia
curva 4
0,01 1,268 1,260 1,266 1,265
0,02 1,279 1,273 1,275 1,270
0,03 1,285 1,281 1,279 1,282
0,04 1,320 1,321 1,329 1,319
0,05 1,345 1,351 1,350 1,341
57
presentados por los patrones en la obtención de la curva de calibración.
Tabla No. 24 Datos correspondientes a la curva de calibración para la
determinación de fenoles en agua cruda y residual
Concentración de fenol
(mg/L) Absorbancia
0,1 0,051
0,2 0,123
0,3 0,191
0,5 0,317
0,8 0,512
1,0 0,657
1,2 0,797
1,3 0,867
58
Figura No. 5 Curva de calibración para la determinación de fenoles en agua cruda
y residual
Tabla No. 25 Datos obtenidos de la curva de calibración para agua cruda y
residual
Parámetro Valor
Sensibilidad, m 0,6752
Intercepto en el eje Y, b -0,0164
Coeficiente de correlación lineal, r2 0,9996
y = 0,6752x - 0,0164 R² = 0,9996
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,0 0,5 1,0 1,5
A
b
s
o
r
b
a
n
c
i
a
Concentración de fenol (mg/L)
Series1
Lineal(Series1)
59
5.1.3.2 Validación de la curva
Para la validación de la curva se tomó como referencia el protocolo de validación
propuesto por el IDEAM. [26]
5.1.3.2.1 Limite de detección y cuantificación
Mediante la medición de un estándar de fenol de concentración 0,0 mg/L se
obtuvieron los valores de los límites de detección y cuantificación para la Figura
No. 5.
Tabla No. 26 Determinación de los límites de detección y cuantificación
LoD = sCbl 3
LoD = 0,054637 mg fenol/L
LoQ = sCbl 10
LoQ = 0,085406 mg fenol/L
Donde:
LoD: Límite de detección
LoQ: Límite de cuantificación
Muestra Concentración (mg fenol/L) Desviación
estándar ŰE1.bk
L1 (19-
09-11)
L2 (20-
09-11)
L3 (21-
09-11)
L4 (22-
09-11)
L5 (23-
09-11)
L6 (26-
09-11) Media
0,0
mg/L
0,036145 0,037626 0,039107 0,037626 0,045030 0,047992 0,041451 0,00439551
0,037626 0,040588 0,037626 0,045030 0,046511 0,046511
60
Cbl : Concentración promedio de los blancos
s: Desviación estándar de los blancos
5.1.3.2.2 Medición de las muestras fortificadas y los estándares de
comprobación
En la tabla No. 27 se muestran las concentraciones de fenol, en mg/L, de los
estándares de comprobación medidos en la figura No 5.
Tabla No. 27 Ensayos 1-6 para la determinación de las concentraciones de
ÜE1.b, ÜE1.m y ÜE1.a.
En las tablas No. 28 y No. 29 se muestran las concentraciones de las muestras de
agua residual y tratada adicionadas, respectivamente. Las absorbancias de estas
muestras fueron medidas en la figura No. 5.
Estándar
Concentración (mg fenol/L)
E1 (19-09-
11)
E2 (20-09-
11)
E3 (21-09-
11)
E4 (22-09-
11)
E5 (23-09-
11)
E6 (26-10-
11)
ŰE1.b 0,528350 0,559825 0,539450 0,528350 0,539450 0,585737
0,483925 0,526500 0,535750 0,539450 0,582037 0,600550
ŰE1.m 0,569075 0,537600 0,622762 0,554262 0,587587 0,600550
0,620912 0,587587 0,613500 0,589437 0,600550 0,620912
ŰE1.a 0,685700 0,654237 0,604250 0,693112 0,648675 0,715325
0,632012 0,654237 0,698662 0,678300 0,654237 0,728275
61
Tabla No. 28 Ensayos 1-6 para la determinación de las concentraciones de
ŰM2A.b, ŰM2A.m y ŰM2A.a.
Muestra
Concentración (mg fenol/L)
E 1 (26-09-
11) E2(27-09-11)
E3 (28-09-
11)
E4 (29-09-
11)
E5 (30-09-
11)
E6 (03-10-
11)
ŰM2A.b
k
0,035925 0,035925 0,048883 0,085907 0,076651 0,000000
0,078502 0,085907 0,061841 0,078502 0,050735 0,000000
ŰM2A.b 0,563525 0,493175 0,513537 0,485775 0,500575 0,500575
0,580187 0,554262 0,580187 0,485775 0,500575 0,509837
ŰM2A.m 0,659787 0,656087 0,663487 0, 828250 0,828250 0,748637
0,698662 0,693112 0,704212 0,748637 0,818987 0,704212
ŰM2A.a 0,963387 0,904150 1,031875 0,748637 0,633862 0,693112
0,985600 1,007812 1,028175 0,748637 0,589437 0,698662
Tabla No. 29 Ensayos 1-6 para la determinación de la concentración de ŰM3A.m
Muestra
Concentración (mg fenol/L)
E1 (19-09-11) E2 (20-09-11) E3 (21-09-11) E4 (22-09-11) E5 (23-09-11) E6 (26-10-11)
ŰM3A.bk 0,056287 0,054436 0,050735 0,035925 0,050735 0,063692
0,048883 0,035925 0,050735 0,058138 0,035925 0,061841
ŰM3A.m 0,232150 0,213637 0,217350 0,204387 0,209937 0,228450
0,204387 0,187725 0,196975 0,217350 0,204387 0,211787
5.1.3.2.3 Medición de las muestras adicionales
La concentración de fenol de las muestras adicionales (estándar y agua residual)
se muestra en las tablas No. 30 y No. 31. La absorbancia de estas muestras fue
medida en la figura No. 5.
62
Tabla No. 30 Ensayos 1-3 para la determinación de las concentraciones de
ŰEb,ad
Muestra Concentración (mg fenol/L)
E1 (10-10-11) E2 (11-10-11) E3 (11-10-11)
ŰEb, ad
0,228450 0,226600 0,232150
0,234000 0,239562 0,224750
Tabla No. 31 Ensayos 1-6 para la determinación de las concentraciones de
ŰM1A.m, ad
Muestra Concentración (mg fenol/L)
E 1 (10-10-11) E2 (10-10-11) E3 (10-10-11) E4 (11-10-11) E5 (11-10-11) E6 (11-10-11)
ŰM1A.bk, ad
0,056287 0,054436 0,050735 0,069246 0,069246 0,063692
0,048883 0,052585 0,050735 0,069246 0,061841 0,061841
ŰM1A.m, ad
0,217350 0,209937 0,204387 0,228450 0,232150 0,213637
0,204387 0,196975 0,217350 0,224750 0,202537 0,211787
63
La dócima de Grubbs se utilizó para determinar si existen valores atípicos en las
series de datos obtenidos para los estándares y las muestras adicionadas.
Tabla No. 32 Resultados dócima de grubbs para datos fenoles
Ejemplo Gi y Gn para Estándar ŰE1.bk, con los datos de la tabla No. 26.
Gi =s
XiX =
= 1,209
Gn =s
XXn =
= 1,489
Muestra G
Gi Gn
Estándares
ŰE1.bk 1,209 1,489
ŰE1.b 1,944 1,721
ŰE1.m 1,997 1,126
ŰE1.a 1,854 1,612
Residual
ŰM2A.bk 1,737 1,066
ŰM2A.b 1,004 1,589
ŰM2A.m 1,128 1,523
ŰM2A.a 1,483 1,177
Cruda ŰM3A.bk 1,469 1,374
ŰM3A.m 1,844 1,72
64
5.1.3.2.4 Tratamiento estadístico de los datos
En la tabla No. 33 se encuentran consignados los valores de las desviaciones
estándar y las medias de las series de datos de las concentraciones de las
muestras y los estándares de comprobación.
Tabla No. 33 Análisis estadístico de los datos de las tablas No. 26 a 29.
Ejemplo para Estándar ŰE1.bk con los datos de la tablas 26 a 29
Media, ŰE1.bk
∑
= 0,04145 mg fenol/L
Desviación estándar, ŰE1.bk = √∑ ̅
= 0,00439
Muestra Media (mg/L) Desviación estándar
Estándar
ŰE1.bk 0,04145 0,00439
ŰE1.b 0,54578 0,03181
ŰE1.m 0,59206 0,02727
ŰE1.a 0,67058 0,03578
Agua residual
ŰM2A.bk 0,05323 0,03064
ŰM2A.b 0,52233 0,03642
ŰM2A.m 0,73862 0,08511
ŰM2A.a 0,83611 0,16631
Agua cruda UM3A.bk 0,05245 0,05245
ŰM3A.m 0,21205 0,01240
65
En la tabla No. 34 se encuentran los porcentajes de error de las mediciones a los
estándares de comprobación de fenoles.
Tabla No. 34 Porcentajes de error en las determinaciones de las concentraciones
de ÜE1.b, ÜE1.m y ÜE1.a. Ensayos 1-6.
Ejemplo para Estándar ÜE1.b (E1) con los datos de la tabla No. 27
% Error = | |
=
*100%
= 31,83 %
En las tablas No. 35 y No. 36 están los datos correspondientes a los porcentajes
de recuperación observados en las muestras adicionadas, residual y cruda
respectivamente.
Estándar % Error
E1 E2 E3 E4 E5 E6 Media
ŰE1.b 37,83 34,12 36,52 37,83 36,52 31,07
35,78 43,06 38,05 36,96 36,52 31,51 29,33
ŰE1.m 38,62 42,01 32,82 40,21 36,62 35,22
36,14 33,02 36,62 33,82 36,42 35,22 33,02
ŰE1.a 36,60 39,51 44,13 35,92 40,03 33,86
38,00 41,57 39,51 35,40 37,29 39,51 32,67
66
Tabla No. 35. Porcentajes de recuperación para las muestras ŰM2A.b, ŰM2A.m y
ŰM2A.a. Ensayos 1-6.
Ejemplo para Muestra ŰM2A.b (E1) con los datos de la tabla No. 28.
% Recuperación = | |
=
= 100% = 62,05%
Muestra % Recuperación
E 1 E2 E3 E4 E5 E6 Media
ŰM2A.b 62,05 53,81 54,68 47,05 49,88 58,90
55,20
59,03 55,11 61,00 47,92 52,93 59,99
ŰM2A.m 67,29 66,89 66,30 80,07 81,07 80,75 72,93
66,89 65,50 69,29 72,29 82,87 75,96
ŰM2A.a 85,75 80,27 90,88 61,27 51,52 64,08
72,38
83,87 85,24 89,34 61,96 49,81 64,60
Tabla No. 36. Porcentajes de recuperación para la muestra ŰM3A.m Ensayos 1-6.
Ejemplo para muestra ŰM3A.m (E1) con los datos de la tabla No. 29.
% Recuperación = | |
=
= 100% = 91,16%
Muestra % Recuperación
E1 E2 E3 E4 E5 E6 Media
ŰM3A.m 91,16 82,52 86,37 87,33 82,53 85,40
83,17
80,61 78,69 75,81 82,53 87,33 77,73
67
A continuación, en la tabla No. 37 se muestran los valores de las medias y las
desviaciones estándar de las muestras de agua residual y el estándar de
comprobación adicionales.
Tabla No. 37 Análisis estadístico de las tablas No. 30-31.
Ejemplo para Estándar ŰEb, ad con los datos de las tablas 30 - 31
Media, ŰEb.ad
∑
= 0,230919 mg/L
Desviación estándar, ŰEb,ad = √∑ ̅
= 0,005450
Muestra Media (mg/L) Desviación
estándar
Estándar adicional ŰEb, ad 0,230919 0,005450
Agua residual
adicional
ŰM1A.bk, ad 0,059065 0,007754
ŰM1A.m, ad 0,213617 0,010881
Los valores correspondientes a los porcentajes de error del estándar adicional y
los porcentajes de recuperación de la muestra de agua residual adicional se
encuentran consignados en las tablas No. 38 y No. 39.
68
Tabla No. 38 Porcentajes de error en la determinación de la concentración de
ŰEb, ad
Ejemplo para Estándar ŰEb, ad (E1) con los datos de la tabla No. 30
% Error = | |
=
*100%
= 24,61%
Estándar % Error
E1 E2 E3 Media
ŰEb, ad 24,61 25,22 23,39
23,79 22,78 20,94 25,83
Tabla No. 39 Porcentajes de recuperación para la muestra ŰM1A.b, ad
Ejemplo para Muestra ŰM1A.b, ad (E1) con los datos de la tabla No. 31.
% Recuperación = | |
=
= 100% = 91,16%
Muestra % Recuperación
E1 E2 E3 E4 E5 E6 Media
ŰM1A.b, ad
55,66 53,74 53,10 55,02 56,30 51,82
53,42 53,74 49,90 57,58 53,74 48,62 51,82
69
5.2 Fosfatos
5.2.1 Análisis preliminar
5.2.1.1 Estudio de cinética
Se realizó un estudio de cinética a una solución de fósforo de 5 mg/L en el
espectrofotómetro Génesys 5 utilizando celdas de vidrio de 5 cm, a una longitud
de onda de 690 nm con el fin de establecer cuanto tiempo después de la
coloración se obtiene un máximo en la absorbancia de la solución de fósforo.
Tabla No. 40 Estudio de cinética simple, λ = 690 nm (Enero 18/2012)
Tiempo (s) Absorbancia
0 2,947
10 2,957
20 2,965
30 2,97
40 2,973
50 2,978
60 2,981
70 2,985
80 2,99
90 2,991
100 2,996
110 3,004
120 3,005
130 3,012
140 3,008
150 3,014
160 3,016
170 3,02
180 3,021
190 3,029
200 3,028
210 3,032
220 3,034
230 3,037
Tiempo (s) Absorbancia
240 3,04
250 3,046
260 3,046
270 3,051
280 3,052
290 3,055
300 3,057
310 3,06
320 3,059
330 3,063
340 3,066
350 3,067
360 3,07
370 3,071
380 3,076
390 3,075
400 3,078
410 3,081
420 3,082
430 3,083
440 3,088
450 3,089
460 3,089
470 3,093
Tiempo (s) Absorbancia
480 3,094
490 3,101
500 3,097
510 3,098
520 3,096
530 3,101
540 3,104
550 3,106
560 3,108
570 3,108
580 3,107
590 3,111
600 3,11
610 3,112
620 3,112
630 3,111
640 3,113
650 3,112
660 3,114
670 3,112
680 3,115
690 3,113
700 3,114
710 3,116
70
Tiempo (s) Absorbancia
720 3,114
730 3,115
740 3,117
750 3,113
760 3,115
770 3,117
780 3,118
Tiempo (s) Absorbancia
790 3,115
800 3,113
810 3,116
820 3,115
830 3,113
840 3,116
850 3,114
Tiempo (s) Absorbancia
860 3,113
870 3,116
880 3,113
890 3,115
900 3,116
Figura No. 6 Estudio de cinética simple a una muestra de fósforo de 5 mg/L
5.2.1.2 Barrido espectral
Se realizó un barrido espectral a una solución de fósforo de concentración 2 mg/L
en el espectrofotómetro Génesys 5 utilizando celdas de vidrio de 5 cm de longitud.
Este se inició en una longitud de onda de 400 nm, terminando en 700 nm, con el
2,92
2,94
2,96
2,98
3
3,02
3,04
3,06
3,08
3,1
3,12
3,14
0 200 400 600 800 1000
A
b
s
o
r
b
a
n
c
i
a
Tiempo (s)
Series1
71
fin de establecer la longitud de onda en la cual esta solución muestra su máximo
de absorción.
Figura 7. Barrido espectral a una solución de fósforo de 2 mg/L
5.2.2 Agua tratada y cruda
5.2.2.1 Curva de calibración
Se realizó una curva de calibración para la determinación de fosfatos en agua
tratada y cruda en un rango de concentración de fósforo entre 0,1 y 1,0 mg/L. se
utilizaron celdas de vidrio de 1 cm de longitud y se midió la absorbancia a una
longitud de onda de 690 nm. A continuación se muestras los valores de
absorbancia de los patrones para la obtención de esta curva.
72
Tabla No. 41 Datos correspondientes a la curva de calibración para la
determinación de fosfatos en agua tratada y cruda
Figura No. 8 Curva de calibración para la determinación de fósforo en agua
tratada y cruda
y = 3,6591x + 0,3009 R² = 0,9991
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
A
b
s
o
r
b
a
n
c
i
a
Concentración de fósforo (mg/L)
Concentración de fósforo
(mg/L) Absorbancia
0,1 0,627
0,3 1,450
0,5 2,147
0,8 3,186
1,0 3,974
73
Tabla No. 42 Datos obtenidos de la figura No. 8
Parámetro Valor
Pendiente, m 3,6591
Intercepto en el eje Y, b 0,3009
Coeficiente de correlación lineal, r2 0,9991
5.2.2.2 Validación de la curva
5.2.2.2.1 Determinación limites de detección y cuantificación
Se utilizó un estándar de fósforo de concentración de 0,08 mg/L, para la
determinación de los valores de los límites de detección y cuantificación
presentados por la figura No. 8.
Tabla No. 43 Determinación límites de detección y cuantificación
LoD = sCbl 3
LoD = 0,076761 mg fósforo/L = (0,076761*(94,97/30,97)) mg fosfatos/L
= 0,235389 mg fosfato/L
Muestra Concentración (mg fósforo/L) Desviación
estándar ŰE2.bk E1 (14-
03-12)
E2 (15-
03-12)
E3 (16-
03-12)
E4 (20-
03-12)
E5 (21-
03-12)
E6 (22-
03-12)
E7 (23-
03-12)
Media
(mg P/L)
0,08
mg P/L
0,07436 0,07300 0,07327 0,07300 0,07327 0,07327 0,07327
0,07343 0,00094 0,07190 0,07382 0,07464 0,07218 0,07464 0,07245 0,07491
74
LoQ = sCbl 10
LoQ = 0,082959 mg fósforo/L = (0,082959 *(94,97/30,97)) mg fosfatos/L
= 0,254395 mg fosfato/L
Donde:
LoD: Límite de detección
LoQ: Límite de cuantificación
Cbl : Concentración promedio de los blancos
s: Desviación estándar de los blancos
94,97/30,97: Factor de conversión para pasar de concentración de fósforo a
concentración de fosfatos en mg/L
5.2.2.2.2 Medición de las muestras fortificadas y los estándares de
comprobación
La concentración de los estándares de comprobación y las muestras de agua
tratada y cruda adicionadas se midieron en la figura No. 8.
En las tablas No 44 a No. 46 se encuentran consignados los datos
correspondientes a estas mediciones.
75
Tabla No. 44 Ensayos 1-7 para la determinación de las concentraciones de ÜE2.b
y ÜE2.a.
Tabla No. 45 Ensayo 1-7 para la determinación de las concentraciones de
ŰM4A.b y ŰM4A.a
Estándar
Concentración (mg fósforo/L)
E1 (14-
03-12)
E2 (15-03-
12)
E3 (16-03-
12)
E4 (20-03-
12)
E5 (21-03-
12)
E6 (22-03-
12)
E7 (23-03-
12)
ŰE2.b 0,20227 0,24927 0,23643 0,27578 0,23151 0,22140 0,23779
0,19953 0,24135 0,26594 0,24381 0,25747 0,22577 0,22331
ŰE2.a 0,87156 0,94753 0,88850 0,82182 0,91556 0,94097 0,90681
0,86937 0,90517 0,87156 0,82045 0,96994 0,87347 0,91774
Muestra
Concentración (mg fósforo/L)
E1 (14-
03-12)
E2 (15-
03-12)
E3 (16-
03-12)
E4 (20-
03-12)
E5 (21-
03-12)
E6 (22-
03-12)
E7 (23-
03-12)
ŰM4A.bk 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000
0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000
ŰM4A.b 0,23260 0,22686 0,22358 0,25583 0,25064 0,27360 0,23424
0,23342 0,21757 0,19844 0,21702 0,26430 0,22560 0,23451
ŰM4A.a 0,87101 0,89588 0,88276 0,87648 0,87101 0,86910 0,9254
0,82619 0,89834 0,84946 0,86609 0,86363 0,86093 0,84641
76
Tabla No. 46 Ensayos 1-6 para la determinación de la concentración de ŰM5A.m
5.2.2.2.3 Dócima de Grubbs
Se utilizó la dócima de Grubbs como criterio para definir si existían valores atípicos
en las series de datos obtenidas para los estándares de comprobación y las
muestras de agua tratada y cruda adicionadas.
Ejemplo Gi y Gn para Estándar ŰE2.bk, con los datos de la tabla No. 43.
Gi =s
XiX =
= 1,628
Gn =s
XXn =
= 1,574
Estándar
Concentración (mg fósforo/L)
E1 (09-04-
12)
E2 (10-04-
12)
E3 (11-04-
12)
E4 (12-04-
12)
E5 (13-04-
12)
E6 (16-04-
12)
ŰM5A.bk 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000
0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000
ŰM5A.m 0,48786 0,48786 0,48813 0,50368 0,48931 0,54415
0,50398 0,50343 0,50261 0,47876 0,45971 0,53956
77
Tabla No. 47 Dócima de Grubbs para datos de agua tratada y cruda
5.2.2.2.4 Tratamiento estadístico de los datos
En la tabla No. 48 se encuentran consignados los valores de las desviaciones
estándar y las medias de las series de datos de las concentraciones de las
muestras y los estándares de comprobación.
Los porcentajes de error para los estándares de comprobación están consignados
en la tabla No. 49.
En las tablas No. 50 y No. 51 se encuentran los porcentajes de recuperación de
los fosfatos observados en las muestras de agua tratada y cruda,
respectivamente.
Muestra G
Gi Gn
Estándares
ŰE2.bk 1,628 1,574
ŰE2.b 1,699 1,801
ŰE2.m 1,690 1,730
Tratada
ŰM4A.bk - -
ŰM4A.b 1,807 1,921
ŰM4A.a 1,861 2,203
Cruda ŰM5A.bk - -
ŰM5A.m 1,662 1,902
78
Tabla No. 48 Análisis estadístico de las tablas 43-46
Ejemplo para Estándar ŰEb.ad con los datos de las tablas No. 43 – 46.
Media, ŰEb.ad
∑
= 0,07338 mg/L
Desviación estándar, ŰEb,ad = √∑ ̅
= 0,00096
Muestra Media (mg/L) Desviación
estandar
Estándar
ŰE2.bk 0,07338 0,00096
ŰE2.b 0,23654 0,02179
ŰE2.a 0,89432 0,04371
Agua tratada
ŰM4A.bk 0,00000 0,00000
ŰM4A.b 0,23487 0,02016
ŰM4A.a 0,87162 0,02441
Agua cruda ŰM5A.bk 0,00000 0,00000
ŰM5A.m 0,49909 0,02370
79
Tabla No. 49 Porcentajes de error en la determinación de las concentraciones de
ŰE2.b Y ŰE2.a.
Ejemplo para Estándar ŰE2.b (E1) con los datos de la tabla No. 44.
% Error = | |
=
*100%
= 19,09%
Muestra % Error
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 Media
ŰE2.b 19,09 0,29 5,43 10,31 7,40 11,44 4,88
8,19 20,19 3,46 6,38 2,48 2,99 9,69 10,68
ŰE2.a 3,16 5,28 1,28 8,69 1,73 4,55 0,76
3,87 3,40 0,57 3,16 8,84 7,77 2,95 1,97
80
Tabla No. 50 Porcentajes de recuperación en las muestras de agua tratada
Ejemplo para Muestra ŰM4A.b (E1) Ccon los datos de la tabla No. 45
% Recuperación = | |
=
= 100% = 93,04%
Estándar % Recuperación
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 Media
ŰM4A.b 93,04 90,74 89,43 102,33 100,26 109,44 93,70
93,95
93,37 87,03 79,38 86,81 105,72 90,24 93,80
ŰM4A.a 102,47 105,40 103,85 103,12 102,47 102,25 108,87
102,54
97,20 105,69 99,94 101,89 101,60 101,29 99,58
81
Tabla No. 51 Porcentajes de recuperación en la muestra de agua cruda
Ejemplo para Muestra ŰM5A.m (E1) Ccon los datos de la tabla No. 46
% Recuperación = | |
=
= 100% = 97,57%
Muestra
% Recuperación
E1 E2 E3 E4 E5 E6 Media
ŰM5A.m 97,57 97,57 97,63 100,74 97,86 108,83
99,82
100,80 100,69 100,52 95,75 91,94 107,91
5.2.3 Agua residual
5.2.3.1 Curva de calibración
Se preparó una curva de calibración para la determinación de fosfatos en agua
residual en un rango de concentración de fósforo entre 1 y 5 mg/L. Midiéndose la
absorbancia a una longitud de onda de 690 nm en celdas de vidrio 1 cm de
longitud. En la tabla No. 52 se muestran las absorbancias mostradas por los
patrones preparados.
82
Tabla No. 52 Datos correspondientes a la curva de calibración para determinar
fosfatos en agua residual
Concentración
(mg fósforo/L) Absorbancia
1 0,800
2 1,463
3 2,211
4 2,786
5 3,157
Figura No. 9 Curva de calibración para la determinación de fósforo en agua
residual
y = 0,6037x + 0,2723 R² = 0,9865
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 1 2 3 4 5 6
A
b
s
o
r
b
a
n
c
i
a
Concentración de fósforo (mg/L)
serie 1
Lineal (serie 1)
83
Tabla No. 53 Datos obtenidos de la figura No. 9
Parámetro Valor
Pendiente, m 0,6037
Intercepto en el eje Y, b 0,2723
Coeficiente de correlación lineal, r2 0,9865
5.2.3.2 Validación de la curva
5.2.3.2.1 Determinación de los límites de cuantificación y detección
Mediante la medición de un estándar de concentración 0,5 mg fósforo/L se
obtuvieron los valores de los límites de detección y cuantificación para la Figura
No. 9.
Tabla No. 54 Limites de detección y cuantificación
Muestra Concentración (mg fósforo/L) Desviación
estándar ŰE3.bk
E1 (09-
04-12)
E2 (10-
04-12)
E3 (11-
04-12)
E4 (12-
04-12)
E5 (13-
04-12)
E6 (16-
04-12)
Media
0,5
mgP/L
0,48300 0,49120 0,49450 0,49620 0,46640 0,50120 0,4897
0,0103337 0,49450 0,48130 0,48960 0,48620 0,50610 0,48620
LoD = sCbl 3
LoD = 0,520702 mg fósforo/L = (0,520702*(94,97/30,97)) mg fosfatos/L
= 1,59674 mg fosfato/L
84
LoQ = sCbl 10
LoQ = 0,59301 mg fósforo/L = (0,59301*(94,97/30,97)) mg fosfatos/L
= 1,81848 mg fosfato/L
Donde:
LoD: Límite de detección
LoQ: Límite de cuantificación
Cbl : Concentración promedio de los blancos
s: Desviación estándar de los blancos
5.2.3.2.2 Medición de muestras fortificadas y los estándares de
comprobación
En las tablas No. 55 y No. 56 están consignados los valores de concentración de
fósforo obtenidas al medir el estándar de comprobación y la muestra de agua
residual adicionada en la figura No. 9.
Tabla No. 55 Ensayos 1-6 para la determinación de las concentraciones de
ŰE3.m
Estándar
Concentración (mg fósforo/L)
E1 (09-
04-12)
E2 (10-
04-12)
E3 (11-
04-12)
E4 (12-
04-12)
E5 (13-
04-12)
E6 (16-
04-12)
ŰE3.m 3,3952 3,4416 3,7066 3,5774 3,7182 3,4847
3,4631 3,4515 3,6039 3,7033 3,2859 3,4631
85
Tabla No. 56 Ensayos 1-6 para la determinación de las concentraciones de
ŰM6A.b y ŰM6A.a
5.2.3.2.3 Dócima de Grubbs
Se utilizó la dócima de Grubbs como criterio para definir si existían valores atípicos
en las series de datos obtenidas para el estándar de comprobación y la muestra
de agua residual.
Ejemplo Gi y Gn para Estándar ŰE3.bk, con los datos de la tabla No. 54
Gi =s
XiX =
= 2,255
Gn =s
XXn =
= 1,587
Estándar
Concentración (mg fósforo/L)
E1 (09-04-
12)
E2 (10-04-
12)
E3 (11-
04-12)
E4 (12-04-
12)
E5 (13-04-
12)
E6 (16-04-
12)
ŰM6A.bk 1,7454 1,8050 1,8282 1,6427 1,8630 1,7653
1,8498 1,8017 1,7471 1,7818 1,8597 1,7404
ŰM6A.b 2,9860 2,9546 3,0474 2,7360 3,0441 2,9546
3,1368 2,5985 2,6432 2,8900 3,0242 2,9756
ŰM6A.a 4,8314 4,9175 4,7999 4,7088 4,8628 4,7767
4,8645 4,8082 4,7916 4,7552 4,7436 4,8314
86
Tabla No. 57 Dócima de Grubbs para datos de agua residual
5.2.3.2.4 Análisis estadístico de los datos
Tabla No. 58 Análisis estadístico de los datos de las tablas No. 54-56
Ejemplo para Estándar ŰE3.bk con los datos de las tablas No. 54-56.
Media, ŰE3.bk
∑
= 0,489700
Desviación estándar, ŰE3.bk = √∑ ̅
= 0,010334
Muestra Media (mg/L) Desviación
estándar
Estándar ŰE3.bk 0,489700 0,010334
ŰE3.m 3,52454 0,137088
Agua
residual
ŰM6A.bk 1,78584 0,063275
ŰM6A.m 2,91592 0,168919
ŰM6A.a 4,80763 0,058285
Muestra G
Gi Gn
Estándar ŰE3.bk 2,255 1,587
ŰE3.m 1,741 1,413
Residual
ŰM6A.bk 2,262 1,219
ŰM6A.b 2,228 1,163
ŰM6A.a 1,696 1,885
87
Tabla No. 59 Porcentajes de error en la determinación de la concentración de
ŰE3.m
Ejemplo para Estándar ŰE3.m (E1) con los datos de la tabla No. 55.
% Error = | |
=
*100%
= 2,99%
Estándar
% Error
E1 E2 E3 E4 E5 E6 Media
ŰE3.m 2,99 1,67 5,90 2,21 6,23 0,44
3,15
1,05 1,39 2,97 5,81 6,12 1,05
88
Tabla No. 60 Porcentajes de recuperación en las muestras de agua
residual ŰM5A.b y ŰM5A.a
Ejemplo para Muestra ŰM5A.b (E1) con los datos de la tabla No. 56
% Recuperación = | |
=
*100% = 124,06
Estándar
% Recuperación
E1 E2 E3 E4 E5 E6 Media
ŰM5A.b 124,06 114,96 121,92 109,33 118,11 118,93
113,01
128,70 79,68 89,61 110,82 116,45 123,52
ŰM5A.a 102,87 103,75 99,06 102,20 99,99 100,38
100,73
100,49 100,22 101,48 99,11 96,13 103,03
89
5.3 Resumen resultados
5.3.1 Fenoles
Tabla No. 61 Datos resumen de la gráfica para determinación de fenoles,
Fotométrico directo (Figura No. 5)
Parámetro Valor
Coeficiente de correlación 0,9996
Sensibilidad 0,6752
Límite de detección 0,054638
Límite de cuantificación 0,085406
Tabla No. 62 Precisión del método de la 4-AAP (Fotométrico directo)
Muestra Desviación
estándar
Estándar
ŰE1.bk 0,004395
ŰE1.b 0,031815
ŰE1.m 0,027272
ŰE1.a 0,035782
Agua residual
ŰM2A.bk 0,030640
ŰM2A.b 0,036416
ŰM2A.m 0,085111
ŰM2A.a 0,166314
Agua cruda UM3A.bk 0,052453
ŰM3A.m 0,012404
90
Tabla No. 63 Exactitud del método de la 4-AAP (Fotométrico directo)
EXACTITUD
Patrón % Error relativo Media
ŰE1.b 35,78
36,64 ŰE1.m 36,14
ŰE1.a 38,00
Tabla No. 64 Selectividad del método de la 4-AAP (Fotométrico directo)
SELECTIVIDAD/ESPECIFICIDAD
Matriz de agua Muestra % Recuperación Media
Residual
ŰM1A.b 55,20
67,17
ŰM1A.m 73,93
ŰM1A.a 72,38
Cruda ŰM2A.m 83,17 83,17
91
5.3.2 Fosfatos
Tabla No. 65 Datos resumen de la gráfica para determinación de fosfatos en agua
tratada y cruda (Figura No. 8)
Parámetro Valor
Coeficiente de correlación 0,9991
Sensibilidad 3,6591
Límite de detección (mg P / L) 0,076761
Límite de detección (mg P04 -3/L) 0,235389
Límite de cuantificación (mg P / L) 0,082959
Límite de cuantificación (mg PO4-3/ L) 0,254396
Tabla No. 66 Precisión del método del cloruro estañoso (para agua tratada y
cruda)
Muestra Desviación
estándar
Estándar
ŰE2.bk 0,00096
ŰE2.b 0,02179
ŰE2.a 0,04371
Agua tratada
BK 0,00000
ŰM4A.b 0,02016
ŰM4A.a 0,02441
Agua cruda ŰM5A.bk 0,00000
ŰM5A.m 0,02370
92
Tabla No. 67 Exactitud del método del cloruro estañoso (para agua tratada y cruda)
EXACTITUD
Patrón % Error relativo Media
ŰE2.b 8,19 6,02
ŰE2.a 3,86
Tabla No. 68 Selectividad del método del cloruro estañoso (para agua tratada y
cruda)
SELECTIVIDAD/ESPECIFICIDAD
Matriz de agua Patrón %
Recuperación Media
Cruda ŰM1A.m 99,82 99,82
Tratada ŰM2A.m 93,95
98,24 ŰM2A.a 102,54
93
Tabla No. 69 Datos sobre la gráfica para determinación de fosfatos en agua
residual (Figura No. 8).
Parámetro Valor
Coeficiente de correlación 0,9865
Sensibilidad 0,6037
Límite de detección (mg P / L) 0,520702
Límite de detección (mg P04 -3/L) 1,596741
Límite de cuantificación (mg P / L) 0,593010
Límite de cuantificación (mg P04 -3/L) 1,818475
Tabla No. 70 Precisión del método del cloruro estañoso (para agua residual)
Muestra Desviación
estándar
Estándar ŰE3.bk 0,01033
ŰE3.m 0,13709
Agua
residual
ŰM6A.bk 0,063275
ŰM6A.m 0,20417
ŰM6A.a 0,05828
94
Tabla No. 71 Exactitud del método del cloruro estañoso (para agua residual)
EXACTITUD
Patrón % Error relativo Media
ŰE3.m 3,15 3,15
Tabla No. 72 Selectividad del método del cloruro estañoso (para agua residual)
SELECTIVIDAD/ESPECIFICIDAD
Matriz de agua Muestra % Recuperación Media
Residual ŰM6A.m 113,01
106,87 ŰM6A.a 100,73
95
6 DISCUSION
6.1 Fenoles
Se realizó un estudio de cinética simple y un barrido espectral a dos muestras de
fenol de concentración 0,5 mg/L con el fin de establecer las condiciones de tiempo
y longitud de onda bajo las cuales debían realizarse las mediciones de
absorbancia de las soluciones.
De acuerdo con los resultados, la medición de la absorbancia de las muestras
debe hacerse 600 s después de la coloración a una longitud de onda de 500 nm,
mostrando esto una variación en cuanto al procedimiento sugerido en el Standard
Methods, pues en este se menciona que la medición debe hacerse después de
900 s a una longitud de onda de 500 nm.
Para la determinación cuantitativa del contenido de los compuestos fenólicos
presentes en agua potable, se realizaron varias curvas de calibración; pero tal
como se observa en la tabla No. 23, el valor de la correlación lineal entre las
variables de concentración y absorbancia está muy alejado de su valor ideal, 1,
disminuyendo esto su confiabilidad.
Para las condiciones del laboratorio de análisis de Aguas y Alimentos de la
Universidad Tecnológica de Pereira no fue posible la obtención de una gráfica con
un grado de linealidad aceptable para esta determinación. Sin embargo, para la
determinación de fenoles en agua cruda y residual, la figura No. 3 sí cumple con
los parámetros de linealidad requeridos para este tipo de medición. Su factor de
correlación, con un valor de 0,9996, muestra una relación lineal casi perfecta entre
los parámetros de concentración de la muestra y su respectiva absorbancia,
96
indicando así que puede ser utilizada para la determinación cuantitativa de
compuestos fenólicos.
La mínima concentración detectable de forma confiable mediante esta curva es de
0,0546375 mg fenol/L, pero si se requiere un nivel aceptable de precisión,
repetibilidad y exactitud esta concentración mínima es de 0,0854061 mg fenol/L.
La sensibilidad del método, medido como la pendiente de la curva no presenta un
valor alto, indicando esto que no se podrán detectar pequeños cambios en la
concentración.
Antes de la preparación de las muestras para la validación, se realizó la
estandarización de la solución madre de fenol. Este procedimiento se realizó
debido a la inestabilidad de las soluciones de fenol. Conociendo los valores reales
de las soluciones de fenol, se procedió a la adición y posterior medición de las
muestras.
De acuerdo con la tabla No. 34, el método fotométrico directo de la 4-
aminoantipirina para la determinación de fenoles es altamente repetitivo. Las
diferentes mediciones hechas a los estándares y a las muestras fortificadas tanto
de agua cruda como de agua residual muestran una alta repetibilidad en términos
de la desviación estándar.
En cuanto a la exactitud del método, esta no es aceptable, puesto que en la
medición de los estándares se presentaron porcentajes de error que varían entre
29,33% y 43,06%, siendo el promedio de 36,64%.
Respecto a la recuperación del analito de interés, también se observaron valores
muy deficientes. En promedio, la recuperación más alta de los compuestos
fenólicos presentes en agua residual, se observó en la muestra de menor
97
fortificación, siendo esta de 56,31%; mientas que en la muestra de fortificación
media mostró la mayor cantidad de compuesto recuperado, con un promedio de
73,93%.
En promedio la recuperación de compuestos fenólicos en agua residual fue de
66,83%.
En comparación con el agua residual, en las muestras de agua cruda se obtuvo
una recuperación más alta. Para este caso los porcentajes de recuperación
variaron entre 75,81 y 91,16, teniendo como promedio un valor de 83,17%.
Debido a la recuperación tan baja en el agua residual, y al error tan alto en los
estándares, se decidió tomar nuevamente unas muestras, y realizar las
mediciones en un tiempo menor al utilizado para las muestras anteriores; esto se
realizó con el fin de determinar si el tiempo de almacenamiento estaba propiciando
la degradación de los compuestos fenólicos impidiendo esto una adecuada
recuperación de los mismos.
Estas nuevas muestras se fortificaron con una concentración menor a la utilizada
para las muestras iniciales y se analizaron en 6 ocasiones por duplicado los días 1
y 2 después de su recolección y preservación.
Al realizar el análisis de las nuevas muestras de agua residual y los nuevos
estándares, los bajos resultados en la recuperación del compuesto fueron una
constante, llegándose a obtener porcentajes de recuperación menores que los
observados en las muestras iniciales. (Ver tablas No 35, 36, 39 y 40)
De acuerdo con esto, se puede inferir que el problema con la recuperación del
compuesto de interés no era debido a la degradación fenólica durante el
almacenamiento, sino que el método por sí mismo no era capaz de medir la
98
concentración presente en las muestra.
Aunque algunos de los parámetros tomados en cuenta para la validación de este
método, tales como el límite de detección, sensibilidad y precisión presentan
valores aceptables, pero la exactitud y el porcentaje de recuperación muestran
que el método no presenta en su totalidad las características requeridas para
asegurar la confiabilidad del mismo.
Para las condiciones del laboratorio de Aguas y Alimentos de la Universidad
Tecnológica de Pereira, el método fotométrico directo de la 4-AAP para la
determinación cuantitativa de compuestos fenólicos no cumple con los
requerimientos estipulados para arrojar datos con un nivel aceptable de precisión y
exactitud.
6.2 Fosfatos
Realizando un estudio de cinética simple y un barrido espectral a dos muestras de
fósforo de concentración 2 mg/L con se establecieron las condiciones bajo las
cuales se deben realizar las mediciones de absorbancia de las soluciones.
Se determinó que la medición de las muestras debía realizarse 10 minutos
después de la coloración a una longitud de onda de 690 nm para así obtener un
máximo de absorbancia.
6.2.1 Curva de concentración baja
Esta gráfica muestra una relación lineal casi perfecta entre los parámetros de
absorbancia y concentración; su factor de correlación lineal con un valor de 0,9991
muestra que presenta una alta confiabilidad para la determinación de la
concentración de fósforo en un rango comprendido entre 0,1 mg/L y 1 mg/L.
99
Su pendiente, de 3,6591 L/mg, muestra su aptitud para la detección de pequeños
cambios en la concentración.
Mediante esta curva se puede determinar una concentración mínima de 0,235389
mg fosfatos/L, y con un nivel aceptable de precisión y exactitud, esta
concentración mínima es de 0,254395 mg fosfatos/L.
Las mediciones realizadas a los estándares y a las muestras fortificadas de aguas
tratada y cruda, registran datos que presentan una pequeña variación entre sí,
mostrando así un alto grado de repetibilidad del método.
En cuanto a la exactitud del método, se obtuvo un buen resultado en términos de
porcentaje de error. El estándar de concentración baja mostró en promedio 8,19%
mientras que el de concentración alta tuvo en promedio 3,87%. El método muestra
un porcentaje de error de 6,03%, afirmando así que cumple con las condiciones de
exactitud requeridas para este tipo de determinación analítica.
Así mismo, en términos de porcentajes de recuperación se obtuvieron resultados
satisfactorios; en la matriz de agua residual se obtuvo un promedio de 98,24%
mientras que en el agua cruda se obtuvo un promedio de 99,82%. Esto indica que
el método presenta un alto grado de selectividad, pudiendo así determinar el
analito de interés a pesar de las sustancias que se encuentran en estas matrices
de agua.
6.2.2 Curva de concentración alta
Aunque la concentración y la absorbancia se encuentran relacionadas de forma
lineal, el coeficiente de correlación lineal muestra que existe un grado de
covariación entre estos dos parámetros lo cual no permite una relación
100
perfectamente lineal.
Sin embargo esta variación no es muy alta, por lo cual se decidió utilizarla para las
mediciones posteriores de las muestras.
La mínima concentración detectable mediante esta curva es de 1,59674 mg
fosfatos/L y si se requiere un nivel de precisión, repetibilidad y exactitud, esta
concentración mínima es de 1,81848 mg fosfatos/L.
Para esta curva, el error del método fue de 3,15%, valor adecuado para las
aplicaciones posteriores de la curva.
En cuanto a la recuperación del analito de interés, se obtuvo en promedio un
porcentaje de 106,87% para el agua residual.
De acuerdo con esto, el método planteado es confiable, repetitivo y exacto.
101
7 CONCLUSIONES
Se validaron los métodos de la 4-aminoantipirina y el cloruro estañoso para la
determinación de fenoles y fosfatos, respectivamente.
El método de la 4-AAP (extracción con cloroformo) no es lineal en el rango de
0,02 mg fenol/L – 0,10 mg fenol/L; debido a esto no fue posible la
determinación cuantitativa de compuestos fenólicos en agua tratada.
El método de la 4-AAP (fotométrico directo) mostró ser lineal en el rango de 0,1
mg fenol/L – 1,2 mg fenol/L, además es repetible; sin embargo no es exacto ni
selectivo, por lo tanto no es apto para utilizarlo en el laboratorio para la
determinación cuantitativa de compuestos fenólicos.
Se determinó que el método del cloruro estañoso es apto para la
cuantificación de fosfatos en agua tratada, cruda y residual.
La curva seleccionada para la determinación de fosfatos en agua cruda y
tratada, mostró que en el rango comprendido entre 0,1 mg fósforo/L y 1 mg
fósforo/L, el método es lineal. Además cuenta con bajos límites de detección y
cuantificación, los cuales permiten la detección de pequeñas concentraciones
de fosfatos. De igual manera, se comprobó que el método es preciso, exacto y
selectivo.
En el rango comprendido entre 1 mg fósforo/L – 5 mg fósforo/L, el método del
cloruro estañoso es lineal. Además es exacto, preciso y también selectivo.
Conforme a esto, el método presenta características óptimas para la realizar la
determinación cuantitativa de fosfatos en agua residual de forma confiable.
102
Se elaboraron los informes de validación de las técnicas fotométricas de
fenoles y fosfatos según los instructivos del Laboratorio de Aguas y Alimentos
de la Universidad Tecnológica de Pereira.
103
8 RECOMENDACIONES
Aunque con las condiciones de almacenamiento se hace frente a varias
interferencias que pueden producir degradación rápida de los compuestos
fenólicos, se recomienda al laboratorio tener en cuenta el procedimiento
5530 A, numeral 2, del Standard Methods, el cual propone un tratamiento a
las muestras tan pronto se hace su recolección, este tratamiento permite
eliminar otro tipo de interferencias que pueden estar presentes,
especialmente en aguas residuales. De esta manera se podrán obtener
mayores porcentajes de recuperación del compuesto de interés.
Se recomienda al laboratorio tener en cuenta, como método alternativo para
la determinación de fenoles totales, la modificación del método de la 4-AAP
que conlleva la adición de cloruro de sodio. Según estudios [29] y [30], la
utilización de este compuesto durante la destilación permite una mayor
recuperación de los compuestos fenólicos.
104
9 BIBLIOGRAFIA
[1] RODRIGUEZ, Miguel. Fenton and UV-vis based advanced oxidation
processes in wastewater treatment: Degradation, mineralization and
biodegradability enhancement. Trabajo de grado Doctor en Ingeniería
Química. Barcelona: Universidat de Barcelona. Facultat de Química.
Departament D´enginyria Química i Metal-lúrgia, 2003. 6 p.
[2] GOMEZ-TAYLOR, Bárbara. Nuevos métodos de análisis en flujo (F.I.A. y
multiconmutación) aplicados a la determinación por quimiocuminiscenci
directa de fenoles y polifenoles. Trabajo de grado Doctor en Farmacia.
Valencia: Universitat de València, Facultad de Farmàcia. Departament de
Química Analítica, 2003. 145 p.
[3] GARCIA-OCHOA, Félix y SANTOS, Aurora. Oxidación catalítica de
compuestos fenólicos en aguas residuales. Universidad Complutense de
Madrid. Departamento de Ingeniería Química. Facultad de CC. Químicas.
275 p.
[4] ORSETTI, Silvia. Estudio de la heterogeneidad de ácidos húmicos en el
enlace de cationes. Trabajo de grado Doctor en Química Inorgánica,
Analítica y Química Física. Buenos Aires: Universidad de Buenos Aires,
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química
Inorgánica, Analítica y Química Física, 2010. p. VII
[5] GOMEZ-TAYLOR. Op. cit., p 146-147.
105
[6] ALONZO, Lourdes y RODRIGUEZ PEÑALOSA, María Elizabeth.
Dermatitis por contacto ocupacional. En: Cent Dermatol Pascua. Mayo-
Agosto, 1999. vol. 8, no. 2, p. 91.
[7] RONCAL-Herrero, Teresa y OELKERS, Eric H. Reactividad de
minerales fosfatados: Implicaciones ambientales. En: Macla. Septiembre,
2008. no. 9. p. 217.
[8] BRIDGEWATER, Laura, et al. Standard Methods for the examination of
water and waste water. 19th Ed. Washington: American Public Health
Association, 2005. 4-152, 5-45 – 5,47 p.
[9] PALOMINO-TORRES, Alberto. Desarrollo endógeno agropecuario.
Nueva biblioteca del campo 21: El agua. Colombia: Fundación Hogares
Juveniles Campesinos, c2008
[10] MANAHAN, Stanley E. Introducción a la química ambiental. México:
Reverte Ediciones, 2007. 145 p.
[11] MANAHAN. Op. cit., p. 5.
[12] MANAHAN. Op. cit., p. 659
[13] SOUSA, Ana R. y TRANCOSO, Maria A. Validation of an environmental
friendly segmented flow method for the determination of phenol index in
waters as alternative to the conventional one. En: Talanta. Agosto 15, 2009.
vol. 79, p. 796-803.
[14] MANAHAN. Op. Cit., p. 538
106
[15] COLOMBIA. MINISTERIO DE SALUD. Decreto 1494 (1984)
[16] SILVA, María Eugenia. Preconcentración selectiva de fenoles
contaminantes prioritarios y determinación por espectrofotometría
ultravioleta-visible. Cromatografía liquida de alta eficiencia y cromatografía
de gases/espectrometría de masas. Doctor en química. Madrid: Universidad
Complutense de Madrid. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de
Química Analítica, 2000. 16 p.
[17] ORTEGA, Fabio Alejandro. Proyecto de grado Ingeniería Geográfica y
del Medio Ambiente. Sangolgui, Ecuador. Escuela Politécnica del Ejército,
2009. 24 p.
[18] BRIDGEWATER. Op. cit., 4-146 p.
[19] MESQUITA, Raquel, et al. Development of a flow method for the
determination of phosphate in estuarine and freshwaters—Comparison of
flow cells in spectrophotometric sequential injection analysis. En: Analytica
Chimica Acta. Septiembre 2011. vol. 701, p. 15-22
[20] COLOMBIA. MINISTERIOS DE LA PROTECCIÓN SOCIAL Y DE
AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Resolución 2115
(4, julio, 2007). Por medio de la cual se señalan características,
instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para
la calidad del agua para consumo humano. Diario Oficial. Bogotá D.C.,
2007. No. 46679. p. 6.
[21] BRIDGEWATER. Op. cit., 4-151 - 4-153 p
[22] SKOOG, Douglas A, et al. Principios de análisis instrumental. 5ed.
107
México: Cengage Learning Editores, 2001. p. 322
[23] SKOOG, Douglas A, et al. Fundamentos de química analítica. 8ed.
México: Cengage Learnig Editores, S.A. de C.V., C2005. p. 800-802.
[24] EURACHEM. Métodos analíticos adecuados a su propósito. Guía de
laboratorio para la validación de métodos y temas relacionados. LCG,
Queens Rd, Teddington, Middlesex, TW11 OLY, Reino Unido. 2a Ed. p. 7-9.
Disponible en: http://www.eurachem.org/guides/pdf/valid.pdf
[25] EURACHEM. Op. Cit., p. 17-29
[26] COY, Gustavo Adolfo. Protocolo, Estandarización de métodos
analíticos. Bogotá, Colombia. Noviembre 1999.
[27] PEREZ, Marlen; PEREZ, et al. Técnicas analíticas para indicadores de
calidad del agua en Bahías. La Habana. 2008. p. 3-4.
[28] VELP SCIENTIFICA. Manual de instrucciones del destilador.
[29] NORWITZ, George; NATARRO, Nicole y KELIHER, Peter. Steam
distillation of phenolic compounds in the presence of a large amount of
sodium chloride. En: Microchemical Journal. Abril, 1987. vol. 35, Issue 2, p.
240-243. Disponible en:
http://www.sciencedirect.com.ezproxy.utp.edu.co/science/article/pii/0026265
X87900816
[30] NORWITZ, George y KELIHER, Peter. Spectrophotometric
determination of phenol by the 4-aminoantipyrine method after steam
distillation in a semimicro kjeldahl apparatus in the presence of a large
108
amount of sodium chloride. En: Analytica Chimica. Diciembre, 1982. vol.
144, p. 273-276. Disponible en:
http://www.sciencedirect.com.ezproxy.utp.edu.co/science/article/pii/S000326
7001955448
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